પ્રતિક્રિયા દર સ્થિરતા પર તાપમાનની અસર. તાપમાન પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરની અવલંબન

જ્યાં g તાપમાન ગુણાંક છે, 2 થી 4 સુધીના મૂલ્યો લે છે.

S. Arrhenius દ્વારા તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબન માટે સમજૂતી આપવામાં આવી હતી. રિએક્ટન્ટ પરમાણુઓની દરેક અથડામણ પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જતી નથી, પરંતુ માત્ર સૌથી મજબૂત અથડામણો. માત્ર અધિક ગતિ ઊર્જાવાળા પરમાણુ જ સક્ષમ છે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા.

S. Arrhenius એ તાપમાનના આધારે પ્રતિક્રિયાશીલ કણો a ના સક્રિય (એટલે ​​​​કે પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી) અથડામણના અપૂર્ણાંકની ગણતરી કરી: - a = exp(-E/RT). અને બહાર લાવ્યા એરેનિયસ સમીકરણ પ્રતિક્રિયા દર સ્થિરતા માટે:

k = koe-E/RT

જ્યાં ko અને E d રીએજન્ટની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે. E એ ઊર્જા છે જે પરમાણુઓને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે તેમને આપવી આવશ્યક છે, કહેવાય છે સક્રિયકરણ ઊર્જા.

વેન્ટ હોફનો નિયમ- એક પ્રયોગમૂલક નિયમ જે, પ્રથમ અંદાજ તરીકે, નાની તાપમાન શ્રેણી (સામાન્ય રીતે 0 °C થી 100 °C સુધી) માં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દર પર તાપમાનની અસરનો અંદાજ કાઢવા માટે પરવાનગી આપે છે. જે.એચ. વેનટ હોફે, ઘણા પ્રયોગોના આધારે, નીચેનો નિયમ ઘડ્યો:

સક્રિયકરણ ઊર્જારસાયણશાસ્ત્ર અને જીવવિજ્ઞાનમાં - પ્રતિક્રિયા થાય તે માટે સિસ્ટમને (રસાયણશાસ્ત્રમાં જેલ દીઠ જૉલ્સમાં દર્શાવવામાં આવે છે) આપવા માટે જરૂરી ઊર્જાનો ન્યૂનતમ જથ્થો. આ શબ્દ સ્વાંતે ઓગસ્ટ આર્હેનિયસ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. પ્રતિક્રિયા ઊર્જા માટે લાક્ષણિક સંકેત ઇએ.

સક્રિયકરણ એન્ટ્રોપીને સંક્રમણ સ્થિતિની એન્ટ્રોપી અને રિએક્ટન્ટ્સની ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ વચ્ચેના તફાવત તરીકે ગણવામાં આવે છે. તે મુખ્યત્વે સક્રિય સંકુલની રચના દરમિયાન કણોની સ્વતંત્રતાના અનુવાદાત્મક અને રોટેશનલ ડિગ્રીના નુકસાન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. નોંધપાત્ર ફેરફારો (સ્વતંત્રતાની કંપનશીલ ડિગ્રી) પણ થઈ શકે છે જો સક્રિય સંકુલ રિએક્ટન્ટ્સ કરતાં કંઈક વધુ ચુસ્તપણે ભરેલું હોય.

આવા સંક્રમણની સક્રિયકરણ એન્ટ્રોપી હકારાત્મક છે.

સક્રિયકરણ એન્ટ્રોપી ઘણા પરિબળો પર આધારિત છે. જ્યારે, બાયમોલેક્યુલર પ્રતિક્રિયામાં, બે પ્રારંભિક કણો સંક્રમણ સ્થિતિ બનાવવા માટે એકસાથે જોડાય છે, ત્યારે બે કણોની અનુવાદાત્મક અને પરિભ્રમણીય એન્ટ્રોપી એક કણને અનુરૂપ મૂલ્યો સુધી ઘટે છે; વાઇબ્રેશનલ એન્ટ્રોપીમાં થોડો વધારો આ અસરની ભરપાઈ કરવા માટે પૂરતો નથી.

સક્રિયકરણ એન્ટ્રોપીસ એંથાલ્પી કરતાં બંધારણના આધારે આવશ્યકપણે વધુ બદલાય છે. સક્રિયકરણ એન્ટ્રોપીઓ મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં પ્રાઇસ અને હેમ્મેટ નિયમ સાથે સારી રીતે સંમત થાય છે. આ શ્રેણીનું વિશેષ મહત્વ એ પણ છે કે સિલેપની એન્ટ્રોપીમાં વધારો સંભવતઃ સંબંધિત હાઇડ્રોકાર્બનની જાણીતી સંપૂર્ણ એન્ટ્રોપીમાંથી ચોક્કસ રીતે ગણતરી કરી શકાય છે.

દિશાના વિદ્યાર્થીઓ માટે 6070104 “સમુદ્ર અને નદી પરિવહન”

વિશેષતા

"જહાજ વિદ્યુત ઉપકરણો અને ઓટોમેશન સાધનોનું સંચાલન",

દિશાઓ 6.050702 "ઇલેક્ટ્રોમિકેનિક્સ" વિશેષતા

« ઇલેક્ટ્રિકલ સિસ્ટમ્સઅને સંકુલ વાહનો»,

"ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઓટોમેશન સિસ્ટમ્સ અને ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ"

દિવસનો સમય અને પત્રવ્યવહાર સ્વરૂપોતાલીમ

પરિભ્રમણ_____ નકલો પ્રકાશન માટે સહી કરેલ ____________.

ઓર્ડર નંબર ________. વોલ્યુમ 1.08 p.l.

પબ્લિશિંગ હાઉસ "કેર્ચ સ્ટેટ મરીન ટેક્નોલોજીકલ યુનિવર્સિટી"

98309 કેર્ચ, ઓર્ડઝોનિકિડ્ઝ, 82.

વેન્ટ હોફનો નિયમ. એરેનિયસ સમીકરણ.

1880 ની આસપાસ ઘડવામાં આવેલા વેન હોફના અંગૂઠાના નિયમ અનુસાર, જો પ્રતિક્રિયા ઓરડાના તાપમાનની નજીકના તાપમાને કરવામાં આવે તો તાપમાનમાં 10-ડિગ્રીના વધારા સાથે મોટાભાગની પ્રતિક્રિયાઓનો દર 2-4 ગણો વધે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 35°C પર વાયુયુક્ત નાઇટ્રિક ઑકસાઈડ (V)નું અર્ધ જીવન લગભગ 85 મિનિટ છે, 45°C પર તે લગભગ 22 મિનિટ છે. અને 55°C પર - લગભગ 8 મિનિટ.

આપણે પહેલાથી જ જાણીએ છીએ કે કોઈપણ સ્થિર તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દર પ્રયોગમૂલક ગતિ સમીકરણ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જે મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં (ખૂબ જટિલ પદ્ધતિ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ સિવાય) દર સ્થિરતાનું ઉત્પાદન છે અને સમાન શક્તિઓમાં પ્રતિક્રિયાકર્તાઓની સાંદ્રતા છે. પ્રતિક્રિયાના આદેશો. રીએજન્ટની સાંદ્રતા વ્યવહારીક રીતે તાપમાનથી સ્વતંત્ર છે, અને અનુભવ બતાવે છે તેમ ઓર્ડર પણ સ્વતંત્ર છે. પરિણામે, તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની તીવ્ર અવલંબન માટે દર સ્થિરાંકો જવાબદાર છે. તાપમાન પર સ્થિર દરની અવલંબન સામાન્ય રીતે લાક્ષણિકતા છે પ્રતિક્રિયા દરનું તાપમાન ગુણાંક, જે 10 ડિગ્રીથી અલગ તાપમાન પર દર સ્થિરતાનો ગુણોત્તર છે

અને જે, વેન હોફના નિયમ મુજબ, આશરે 2-4 છે.

ચાલો અવલોકન કરેલ ઉચ્ચ મૂલ્યોને સમજાવવાનો પ્રયાસ કરીએ તાપમાન ગુણાંકવાયુઓના મોલેક્યુલર ગતિ સિદ્ધાંતના દૃષ્ટિકોણથી ગેસ તબક્કામાં સજાતીય પ્રતિક્રિયાના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયા દર. ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા વાયુઓના પરમાણુઓ એકબીજા સાથે પ્રતિક્રિયા કરવા માટે, તેમની અથડામણ જરૂરી છે, જેમાં કેટલાક બોન્ડ તૂટી જાય છે અને અન્ય રચાય છે, જેના પરિણામે એક નવો પરમાણુ દેખાય છે - પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનનો પરમાણુ. પરિણામે, પ્રતિક્રિયા દર રિએક્ટન્ટ પરમાણુઓની અથડામણની સંખ્યા અને અથડામણની સંખ્યા, ખાસ કરીને, પરમાણુઓની અસ્તવ્યસ્ત થર્મલ ગતિની ગતિ પર આધારિત છે. પરમાણુઓની ગતિ અને તે મુજબ, તાપમાન સાથે અથડામણની સંખ્યા વધે છે. જો કે, માત્ર પરમાણુઓની ગતિમાં વધારો તાપમાન સાથે પ્રતિક્રિયા દરમાં આટલી ઝડપી વૃદ્ધિને સમજાવતું નથી. ખરેખર, વાયુઓના પરમાણુ ગતિના સિદ્ધાંત મુજબ, પરમાણુઓની સરેરાશ ગતિ પ્રમાણસર હોય છે. વર્ગમૂળસંપૂર્ણ તાપમાનથી, એટલે કે, જ્યારે સિસ્ટમનું તાપમાન 10 ડિગ્રી વધે છે, કહો કે, 300 થી 310K સુધી, પરમાણુઓની સરેરાશ ગતિ માત્ર 310/300 = 1.02 ગણી વધશે - વેન્ટ હોફના નિયમની જરૂરિયાત કરતાં ઘણી ઓછી.

આમ, એકલા અથડામણની સંખ્યામાં વધારો જ પ્રતિક્રિયા દર સ્થિરાંકોની તાપમાન નિર્ભરતાને સમજાવી શકતું નથી. દેખીતી રીતે અહીં કામ પર કંઈક બીજું છે. મહત્વપૂર્ણ પરિબળ. તેને ખોલવા માટે, ચાલો વધુ તરફ વળીએ વિગતવાર વિશ્લેષણવર્તન મોટી સંખ્યામાંપર કણો વિવિધ તાપમાન. અત્યાર સુધી આપણે વાત કરી છે સરેરાશ ઝડપપરમાણુઓની થર્મલ ગતિ અને તાપમાન સાથે તેનું પરિવર્તન, પરંતુ જો સિસ્ટમમાં કણોની સંખ્યા મોટી હોય, તો આંકડાશાસ્ત્રના નિયમો અનુસાર, વ્યક્તિગત કણોની ગતિ હોઈ શકે છે અને તે મુજબ, ગતિ ઊર્જા જે વધુ કે ઓછા અંશે વિચલિત થાય છે. આપેલ તાપમાન માટે સરેરાશ મૂલ્યમાંથી. આ પરિસ્થિતિ ફિગમાં દર્શાવવામાં આવી છે. (3.2), જે

બતાવે છે કે ભાગો કેવી રીતે વિતરિત થાય છે -

3.2. વિવિધ તાપમાને ગતિ ઊર્જા દ્વારા કણોનું વિતરણ:

2-ટી 2; 3-ટી 3; ટી

ચોક્કસ તાપમાને ગતિ ઊર્જા દ્વારા cy. ચાલો આપણે ધ્યાનમાં લઈએ, ઉદાહરણ તરીકે, વળાંક 1, તાપમાન Ti ને અનુરૂપ. સિસ્ટમમાં કણોની કુલ સંખ્યા (ચાલો તેને N 0 દર્શાવીએ) વળાંક હેઠળના વિસ્તારની બરાબર છે. કણોની મહત્તમ સંખ્યા, Ni ની બરાબર, આપેલ તાપમાન માટે સૌથી વધુ સંભવિત ગતિ ઊર્જા E 1 ધરાવે છે. જે કણોની સંખ્યા વર્ટિકલ E 1 ની જમણી બાજુના વળાંક હેઠળના ક્ષેત્રફળ જેટલી છે તેમાં વધારે ઊર્જા હશે, અને ઊભીની ડાબી બાજુનો વિસ્તાર E કરતાં ઓછી ઊર્જા ધરાવતા કણોને અનુરૂપ છે.

જેટલી વધુ ગતિ ઊર્જા સરેરાશથી અલગ પડે છે, તેટલા ઓછા કણો હોય છે. ચાલો આપણે પસંદ કરીએ, ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીક ઊર્જા E a, E 1 કરતા વધારે). તાપમાન Ti પર, કણોની સંખ્યા કે જેની ઊર્જા E a ની કિંમત કરતાં વધી જાય છે તે કણોની કુલ સંખ્યાનો માત્ર એક નાનો ભાગ છે - આ વર્ટિકલ E a ની જમણી બાજુએ વળાંક 1 હેઠળનો કાળો વિસ્તાર છે. જો કે, T 2ના ઊંચા તાપમાને, વધુ કણો પહેલાથી જ E a (વળાંક 2) કરતા વધારે ઊર્જા ધરાવે છે અને તાપમાનમાં T 3 (વળાંક 3) કરતાં વધુ વધારા સાથે, ઊર્જા E a સરેરાશની નજીક હોવાનું બહાર આવે છે. , અને ગતિ ઊર્જાના આવા અનામતમાં પહેલાથી જ લગભગ અડધા અણુઓ હશે.

પ્રતિક્રિયાનો દર એકમ સમય દીઠ પરમાણુઓની અથડામણની કુલ સંખ્યા દ્વારા નહીં, પરંતુ તેના તે ભાગ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જેમાં પરમાણુઓ કે જેની ગતિ ઊર્જા ચોક્કસ મર્યાદા E a કરતાં વધી જાય છે, જેને પ્રતિક્રિયાની સક્રિયકરણ ઊર્જા કહેવાય છે, ભાગ લે છે.

આ તદ્દન સમજી શકાય તેવું બની જાય છે જો આપણે યાદ રાખીએ કે પ્રતિક્રિયાના પ્રારંભિક કાર્યની સફળ ઘટના માટે, તે જરૂરી છે કે અથડામણ દરમિયાન જૂના બંધનો તૂટી જાય અને નવાની રચના માટે શરતો બનાવવામાં આવે. અલબત્ત, આને ખર્ચવા માટે ઊર્જાની જરૂર પડે છે - અથડાતા કણોને તેનો પૂરતો પુરવઠો હોવો જરૂરી છે.

સ્વીડિશ વૈજ્ઞાનિક એસ. આર્હેનિયસે શોધી કાઢ્યું હતું કે વધતા તાપમાન સાથે મોટાભાગની પ્રતિક્રિયાઓના દરમાં વધારો બિનરેખીય રીતે થાય છે (વેન્ટ હોફના નિયમથી વિપરીત). એરેનિયસે જોયું કે મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં પ્રતિક્રિયા દર સતત સમીકરણનું પાલન કરે છે

LgK=lgA - , (3.14) જેનું નામ આપવામાં આવ્યું હતું.

આર્હેનિયસ સમીકરણો

E a - સક્રિયકરણ ઊર્જા (નીચે જુઓ)

R એ 8.314 J/mol0K ની બરાબર મોલર ગેસ સ્થિર છે,

ટી - સંપૂર્ણ તાપમાન A એ સ્થિર અથવા બહુ ઓછું તાપમાન આધારિત મૂલ્ય છે. તેને આવર્તન પરિબળ કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે પરમાણુ અથડામણની આવર્તન સાથે સંબંધિત છે અને જ્યારે અણુઓ પ્રતિક્રિયાને અનુકૂળ રીતે લક્ષી હોય ત્યારે અથડામણ થાય તેવી સંભાવના છે. (3.14) માંથી જોઈ શકાય છે, વધતી સક્રિયકરણ ઊર્જા સાથે E એ દર સ્થિર છે TO

ઘટે છે. પરિણામે, પ્રતિક્રિયાનો દર ઘટે છે કારણ કે તેની ઊર્જા અવરોધ વધે છે (નીચે જુઓ). મુ

જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર નોંધપાત્ર રીતે વધે છે, અને સજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે, જ્યારે દર દસ ડિગ્રી માટે ગરમ થાય છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા દર 2-4 ગણો વધે છે.

આકૃતિ 2 પરથી જોઈ શકાય છે કે જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ તેમ કણોનું ઉર્જા વિતરણ બદલાય છે જેથી ઉચ્ચ ઉર્જા ધરાવતા કણોનું પ્રમાણ વધે છે. આમ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા માટે એક મહત્વપૂર્ણ ખ્યાલ એ સક્રિયકરણ ઊર્જા છે.

સક્રિયકરણ ઊર્જા એ ઊર્જા છે જે કણો પાસે તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જવા માટે હોવી જોઈએ. સક્રિયકરણ ઊર્જા kJ/mol માં દર્શાવવામાં આવે છે. નોંધનીય દરે થતી પ્રતિક્રિયાઓ માટે, સક્રિયકરણ ઊર્જા 50 kJ/mol (આયન વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓ Ea » 0 માટે) કરતાં વધી જતી નથી; જો Ea > 100 kJ/mol હોય, તો પ્રતિક્રિયા દર અત્યંત ઓછો છે.

1889 માં, એસ. આર્હેનિયસે તાપમાન પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દર સ્થિરતાની અવલંબન માટે એક સમીકરણ આપ્યું:

k = Ae - Ea/RT

ક્યાં, એ - પ્રી-એક્સપોટેન્શિયલ પરિબળ, પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખીને;

આર- ગેસ સતત = 8.314 J/(mol? K);

ઇએ- સક્રિયકરણ ઊર્જા.

આર્હેનિયસ સમીકરણ પરથી તે અનુસરે છે કે સક્રિયકરણ ઊર્જા જેટલી વધારે છે, જરૂરી પ્રતિક્રિયા દર જાળવવા માટે તાપમાનમાં વધારો કરવો જરૂરી છે.

આકૃતિ 3 પ્રતિક્રિયાના માર્ગ પર પ્રતિક્રિયાશીલ સિસ્ટમની સંભવિત ઊર્જામાં ફેરફારની અવલંબન દર્શાવે છે. ઉપરોક્ત આકૃતિમાંથી તે જોઈ શકાય છે કે એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા (જે ગરમીના પ્રકાશન સાથે થાય છે) માટે, સક્રિય પરમાણુઓની ખોટ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન પ્રકાશિત ઊર્જા દ્વારા ફરી ભરાય છે. એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયાના કિસ્સામાં, જરૂરી પ્રતિક્રિયા દર જાળવવા માટે ગરમી જરૂરી છે.

આકૃતિ 10.3 રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ઊર્જા રેખાકૃતિ

એ - રિએક્ટન્ટ્સ, સી - ઉત્પાદનો.

2.4 વિદેશી પદાર્થોનો પ્રભાવ

વિદેશી પદાર્થો, તેમની અસરને આધારે, પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપી શકે છે - ઉત્પ્રેરક અથવા તેમને ધીમું કરી શકે છે - અવરોધકો.

ઉત્પ્રેરક- આ એવા પદાર્થો છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપે છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયા પછી યથાવત રહે છે.

અવરોધકો - આ એવા પદાર્થો છે જે પ્રતિક્રિયાઓને ધીમું કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ નાઈટ્રાઈટ, પોટેશિયમ ક્રોમેટ અને ડાયક્રોમેટ ધાતુઓના કાટના દરને ઘટાડે છે.

પ્રમોટર્સ- પદાર્થો કે જે ઉત્પ્રેરકની પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરે છે. આ કિસ્સામાં, પ્રમોટર્સ પોતે ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મો ધરાવતા નથી.

ઉત્પ્રેરક ઝેર- પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાં વિદેશી અશુદ્ધિઓ, જે ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિના આંશિક અથવા સંપૂર્ણ નુકશાન તરફ દોરી જાય છે. આમ, H 2 SO 4 ઉત્પન્ન કરવા માટે સંપર્ક પદ્ધતિ દરમિયાન V 2 O 5 ઉત્પ્રેરક દ્વારા આર્સેનિક અને ફોસ્ફરસના નિશાન ઝડપથી પ્રવૃત્તિમાં ઘટાડો કરે છે.

3. રાસાયણિક સંતુલન

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં, પ્રારંભિક પદાર્થો હંમેશા પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોમાં સંપૂર્ણપણે રૂપાંતરિત થતા નથી. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો એકઠા થાય છે, વિપરીત પ્રતિક્રિયા થવા માટે પરિસ્થિતિઓ બનાવવામાં આવી શકે છે. મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઉલટાવી શકાય તેવી હોય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ચાલો આપણે નાઇટ્રોજન અને હાઇડ્રોજનમાંથી એમોનિયા સંશ્લેષણની ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયાનું વિશ્લેષણ કરીએ, જે ઉદ્યોગ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે:

સીધી પ્રતિક્રિયા -2N 2 + 3H 2 →2NH 3 ,

વિપરીત પ્રતિક્રિયા - 2NH 3 →એન 2 + 3H 2,

ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયા - 2N 2 + 3H 2« 2NH 3.

આગળ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓ તેમના અનુરૂપ ગતિ સમીકરણો, પ્રી-એક્સપોઝર પરિબળો, સક્રિયકરણ ઊર્જા, વગેરે સાથે અલગ પ્રતિક્રિયાઓ છે.

ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયાઓની એક મહત્વપૂર્ણ માત્રાત્મક લાક્ષણિકતા એ સંતુલન સ્થિરતા છે, જે ત્યારે નક્કી થાય છે જ્યારે સિસ્ટમ રાસાયણિક સંતુલન સુધી પહોંચે છે - એક એવી સ્થિતિ કે જેમાં આગળ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓના દરો સમાન હોય છે. સામૂહિક કાર્યવાહીના કાયદા (LMA) ના ઉપયોગના ઉદાહરણો.

ચાલો એમોનિયા સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને સંતુલન સ્થિરાંક મેળવીએ.

આગળની પ્રતિક્રિયાનું ગતિ સમીકરણ

N 2 +3H 2 →2NH 3

Vpr = Kpr 3 ફોર્મ ધરાવે છે.

વિપરીત પ્રતિક્રિયાનું ગતિ સમીકરણ

2NH 3 →એન 2 + 3H 2

Vobr = Cobr 2 સ્વરૂપ ધરાવે છે.

રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં, Vpr = Vbr.

રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં પ્રત્યક્ષ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓના દરો માટે અભિવ્યક્તિઓને બદલીને, અમે નીચેની સમાનતા Kpr 3 = Cobr 2 મેળવીએ છીએ.

પરિવર્તન પછી આપણને મળે છે

.

4. લે ચેટેલિયરનો સિદ્ધાંત

જો રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં સિસ્ટમ કોઈપણ બાહ્ય પ્રભાવને આધિન હોય, તો સિસ્ટમમાં થતી પ્રક્રિયાઓના પરિણામે સંતુલન એવી રીતે બદલાશે કે અસર ઘટશે.

4.1 સંતુલન પર સાંદ્રતા બદલવાની અસર

જ્યારે પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા કોઈપણ પદાર્થોની સાંદ્રતા વધે છે, ત્યારે સંતુલન આ પદાર્થના વપરાશ તરફ અને જ્યારે તે ઘટે છે ત્યારે આ પદાર્થની રચના તરફ વળે છે.

ઉદાહરણ 1. જો સંતુલન વ્યવસ્થામાં હોય

2N 2 + 3H 2« 2NH 3

N 2 અથવા H 2 ઉમેરો, તો પછી, Le Chatelier ના સિદ્ધાંત અનુસાર, આ પદાર્થોની સાંદ્રતા ઘટાડવા માટે, સંતુલન જમણી તરફ વળવું જોઈએ, NH 3 ની ઉપજ વધશે. જેમ જેમ NH 3 ની સાંદ્રતા વધે છે, સંતુલન અનુરૂપ રીતે ડાબી તરફ જશે.

4.2 સંતુલન પર દબાણના ફેરફારોની અસર

બંધ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીમાં દબાણ તેમાં વાયુયુક્ત પદાર્થોની હાજરી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે: તેમાંથી વધુ, દબાણ વધારે છે. તેથી, બાહ્ય દબાણમાં ફેરફાર માત્ર એવા કિસ્સાઓમાં સંતુલનને અસર કરશે કે જ્યાં વાયુયુક્ત પદાર્થો સામેલ હોય અને આગળ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓમાં તેમની માત્રા અલગ હોય.

જો રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં હોય તેવી સિસ્ટમમાં દબાણ વધે છે, તો પ્રતિક્રિયા મુખ્યત્વે થાય છે, જેના પરિણામે વાયુયુક્ત પદાર્થોનું પ્રમાણ ઘટે છે; જ્યારે દબાણ ઘટે છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા પ્રાધાન્યરૂપે થાય છે, જેના પરિણામે વાયુયુક્ત ઉત્પાદનોની માત્રા વધે છે.

ઉદાહરણ 1. શું દબાણ બદલીને પ્રતિક્રિયામાં ઉત્પાદનોની ઉપજ વધારવી શક્ય છે? CO 2 (g) + H 2 (g)« CO(g) + H 2 O(g).

ઉકેલ: પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાં વાયુયુક્ત રીએજન્ટનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયામાં તેમની માત્રા બદલાતી નથી: CO 2 (g) ના એક છછુંદર અને H2 (g) ના એક છછુંદરમાંથી, CO (g) અને H 2 O (g) ના એક છછુંદરમાંથી મેળવ્યું. આ કારણોસર, દબાણમાં ફેરફાર સંતુલન સ્થિતિને અસર કરતા નથી.

ઉદાહરણ 2. સિસ્ટમમાં વધતા દબાણ સાથે રિએક્ટન્ટ્સની સંતુલન સાંદ્રતા કેવી રીતે બદલાશે? N 2 + 3H 2 « 2NH 3 ?

પ્રતિક્રિયાના સમીકરણ પરથી તે સ્પષ્ટ છે કે પ્રારંભિક ઉત્પાદનોના ગેસના 4 મોલ્સમાંથી, પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોના ગેસના 2 મોલ્સ રચાય છે. આમ, દબાણમાં વધારો સાથે, સંતુલન આગળની પ્રતિક્રિયામાંથી બદલાશે, કારણ કે તે દબાણમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.

4.3 રાસાયણિક સંતુલન પર તાપમાનના ફેરફારોની અસર

મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ગરમીના પ્રકાશન અથવા શોષણ સાથે થાય છે. પ્રથમ કિસ્સામાં, મિશ્રણનું તાપમાન વધે છે, બીજામાં તે ઘટે છે.

જો રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ ગરમ કરવામાં આવે છે, તો પછી, લે ચેટેલિયરના સિદ્ધાંત અનુસાર, મુખ્યત્વે પ્રતિક્રિયા થવી જોઈએ, જેના પરિણામે ગરમી શોષી લેવામાં આવશે, એટલે કે. એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા; જ્યારે મિશ્રણ ઠંડુ થાય છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા મુખ્યત્વે થવી જોઈએ, જેના પરિણામે ગરમી છોડવામાં આવશે, એટલે કે. એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા.

જો રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં સિસ્ટમમાં તાપમાનમાં વધારો થાય છે, તો સંતુલન એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા તરફ વળે છે, અને જ્યારે તાપમાન ઘટે છે, ત્યારે એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા તરફ.

ઉદાહરણ: 2N 2 + 3H 2« 2NH3,H0 = - 92 kJ

પ્રતિક્રિયા એક્ઝોથર્મિક છે, તેથી, જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, સંતુલન ડાબી તરફ જાય છે, અને જેમ તાપમાન ઘટે છે, તે જમણી તરફ જાય છે.

તે આનાથી અનુસરે છે કે એમોનિયાની ઉપજ વધારવા માટે તાપમાન ઘટાડવું આવશ્યક છે. વ્યવહારમાં, તેઓ 500 0C તાપમાન જાળવી રાખે છે, કારણ કે નીચા તાપમાને સીધી પ્રતિક્રિયાનો દર તીવ્ર ઘટાડો થાય છે.

રાસાયણિક સંતુલન પ્રકૃતિમાં ગતિશીલ છે: આગળ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓ સંતુલન પર અટકતી નથી.

સંતુલન સ્થિરતા તાપમાન અને પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ પર આધારિત છે. સંતુલન સ્થિરાંક જેટલું વધારે છે, તેટલું સંતુલન સીધી પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની રચના તરફ ખસેડવામાં આવે છે.

લે ચેટેલિયરનો સિદ્ધાંત સાર્વત્રિક છે, કારણ કે તે માત્ર કેવળ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓને જ નહીં, પરંતુ ઘન પદાર્થોમાં સ્ફટિકીકરણ, વિસર્જન, ઉત્કલન અને તબક્કામાં પરિવર્તન જેવી ભૌતિક રાસાયણિક ઘટનાઓને પણ લાગુ પડે છે.

તાપમાન પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરની અવલંબન.

વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓની ગતિ.

વિજાતીય પ્રણાલીઓમાં, પ્રતિક્રિયાઓ ઇન્ટરફેસ પર થાય છે. આ કિસ્સામાં, ઘન તબક્કાની સાંદ્રતા લગભગ સ્થિર રહે છે અને પ્રતિક્રિયા દરને અસર કરતી નથી. વિજાતીય પ્રતિક્રિયાનો દર માત્ર પ્રવાહી અથવા વાયુ તબક્કામાં પદાર્થની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે. તેથી, ઘન પદાર્થોની સાંદ્રતા ગતિ સમીકરણમાં દર્શાવવામાં આવતી નથી; ઉદાહરણ તરીકે, વિજાતીય પ્રતિક્રિયા માટે

ગતિ સમીકરણ લખી શકાય છે

ઉદાહરણ 4. ક્રોમિયમ અને એલ્યુમિનિયમ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાનો ગતિ ક્રમ 1 છે. પ્રતિક્રિયાના રાસાયણિક અને ગતિ સમીકરણો લખો.

એલ્યુમિનિયમ અને ક્લોરિન વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા વિજાતીય છે, ગતિ સમીકરણ લખી શકાય છે

ઉદાહરણ 5. પ્રતિક્રિયાનું ગતિ સમીકરણ

જેવો દેખાય છે

દર સ્થિરતાનું પરિમાણ નક્કી કરો અને ઓક્સિજન Paના આંશિક દબાણ અને 0.055 mol/l ની પોટેશિયમ સાયનાઇડ સાંદ્રતા પર ચાંદીના વિસર્જનના દરની ગણતરી કરો.

સ્થિરનું પરિમાણ સમસ્યા નિવેદનમાં આપેલ ગતિ સમીકરણ પરથી નક્કી થાય છે:

સમસ્યાના ડેટાને ગતિ સમીકરણમાં બદલીને, અમે ચાંદીના વિસર્જનનો દર શોધીએ છીએ:

ઉદાહરણ 6. પ્રતિક્રિયાનું ગતિ સમીકરણ

જેવો દેખાય છે

જો મર્ક્યુરિક ક્લોરાઇડ (M) ની સાંદ્રતા અડધી થઈ જાય તો પ્રતિક્રિયા દર કેવી રીતે બદલાશે અને ઓક્સાલેટની સાંદ્રતા – આયનો ડબલ કરવા માટે?

પ્રારંભિક પદાર્થોની સાંદ્રતા બદલ્યા પછી, પ્રતિક્રિયા દર ગતિ સમીકરણ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે

સરખામણી અને, અમે શોધી કાઢ્યું કે પ્રતિક્રિયા દર દ્વારા વધારો થયો છે 2 વખત

જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.

તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની માત્રાત્મક અવલંબન વેન હોફ નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

તાપમાન પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દર (દર સ્થિર) ની અવલંબનને દર્શાવવા માટે, પ્રતિક્રિયા દરના તાપમાન ગુણાંક (), જેને વેનટ હોફ ગુણાંક પણ કહેવાય છે, તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા દરનું તાપમાન ગુણાંક દર્શાવે છે કે પ્રતિક્રિયા દર 10 ડિગ્રીના તાપમાનમાં વધારો સાથે કેટલી વખત વધશે.

ગાણિતિક રીતે, તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબન સંબંધ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે

જ્યાં – ઝડપનું તાપમાન ગુણાંક;

– ટી;

ટી;

–– પ્રતિક્રિયા દર તાપમાન પર સ્થિર ટી+ 10;

–– તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દર ટી+ 10.

ગણતરીઓ માટે સમીકરણોનો ઉપયોગ કરવો વધુ અનુકૂળ છે

તેમજ આ સમીકરણોના લઘુગણક સ્વરૂપો

વધતા તાપમાન સાથે પ્રતિક્રિયા દરમાં વધારો સમજાવે છે સક્રિયકરણ સિદ્ધાંત. આ સિદ્ધાંત મુજબ, જ્યારે પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોના કણો અથડાય છે, ત્યારે તેઓએ પ્રતિકૂળ દળો પર કાબુ મેળવવો જોઈએ, જૂના રાસાયણિક બંધનને નબળા અથવા તોડવા જોઈએ અને નવા રચવા જોઈએ. તેઓએ આ માટે ચોક્કસ ઉર્જા ખર્ચવી પડશે, એટલે કે. અમુક પ્રકારના ઉર્જા અવરોધને દૂર કરો. ઊર્જા અવરોધને દૂર કરવા માટે પર્યાપ્ત વધારાની ઉર્જા ધરાવતા કણ કહેવાય છે સક્રિય કણો.

સામાન્ય સ્થિતિમાં, સિસ્ટમમાં થોડા સક્રિય કણો હોય છે, અને પ્રતિક્રિયા ધીમી ગતિએ આગળ વધે છે. પરંતુ નિષ્ક્રિય કણો સક્રિય બની શકે છે જો તમે તેમને વધારાની ઊર્જા આપો છો. કણોને સક્રિય કરવાની એક રીત છે તાપમાન વધારવું. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, સિસ્ટમમાં સક્રિય કણોની સંખ્યામાં તીવ્ર વધારો થાય છે અને પ્રતિક્રિયા દર વધે છે.

મોલેક્યુલર અથડામણની સંખ્યા પર તાપમાનની અસર મોડેલનો ઉપયોગ કરીને બતાવી શકાય છે. પ્રથમ અંદાજ માટે, પ્રતિક્રિયાઓના દર પર તાપમાનની અસર વેનટ હોફ નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે (ઘણી પ્રતિક્રિયાઓના પ્રાયોગિક અભ્યાસના આધારે જે. એચ. વેન હોફ દ્વારા ઘડવામાં આવે છે):

જ્યાં g તાપમાન ગુણાંક છે, 2 થી 4 સુધીના મૂલ્યો લે છે.

S. Arrhenius દ્વારા તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબન માટે સમજૂતી આપવામાં આવી હતી. રિએક્ટન્ટ પરમાણુઓની દરેક અથડામણ પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જતી નથી, પરંતુ માત્ર સૌથી મજબૂત અથડામણો. માત્ર અધિક ગતિ ઊર્જા ધરાવતા અણુઓ જ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે સક્ષમ છે.

S. Arrhenius એ તાપમાનના આધારે પ્રતિક્રિયાશીલ કણો a ના સક્રિય (એટલે ​​​​કે પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી) અથડામણના અપૂર્ણાંકની ગણતરી કરી: - a = exp(-E/RT). એરેનિયસ સમીકરણઅને બહાર લાવ્યા:

પ્રતિક્રિયા દર સ્થિરતા માટે

k = k o e -E/RT જ્યાં k o અને E d રીએજન્ટની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે. સક્રિયકરણ ઊર્જા.