A reakciósebesség hőmérsékleti együtthatójának képlete. A reakciósebesség függése a hőmérséklettől. Van't Hoff szabály. A reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója és jellemzői a biokémiai folyamatokhoz

A reakciót befolyásoló tényezők

Az emberi szervezetben több ezer enzimreakció megy végbe egy élő sejtben. A folyamatok többlépcsős láncolatában azonban meglehetősen nagy a különbség az egyes reakciók sebessége között. Így a fehérjemolekulák szintézisét egy sejtben még legalább két szakasz előzi meg: a transzfer RNS szintézise és a riboszómák szintézise. De az az idő, amely alatt a t-RNS-molekulák koncentrációja megduplázódik, 1,7 perc, a fehérjemolekuláké 17 perc, a riboszómáké pedig 170 perc. A lassú (korlátozó) szakasz teljes folyamatának sebessége, példánkban - a riboszóma szintézis sebessége. A korlátozó reakció jelenléte nagy megbízhatóságot és rugalmasságot biztosít a sejtben előforduló több ezer reakció szabályozásában. Elég csak a leglassabbakat figyelni és szabályozni. A többlépcsős szintézis sebességének szabályozásának ezt a módszerét minimum elvnek nevezzük. Lehetővé teszi a ketrecben lévő automatikus szabályozási rendszer jelentős egyszerűsítését és megbízhatóbbá tételét.

A kinetikában használt reakciók osztályozása: reakciók, homogén, heterogén és mikroheterogén; A reakciók egyszerűek és összetettek (párhuzamos, szekvenciális, konjugált, lánc). Egy elemi reakció aktus molekularitása. Kinetikai egyenletek. A reakció sorrendje. Fél élet

Mikroheterogén reakciók

A reakció molekulárisságát az elemi reakcióban kémiai kölcsönhatásba lépő molekulák száma határozza meg. Ennek alapján a reakciókat monomolekuláris, bimolekuláris és trimolekuláris reakciókra osztják.

Ekkor az A -> B típusú reakciók monomolekulárisak lesznek, például:

a) C 16 H 34 (t° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - szénhidrogén krakkolási reakció;

b) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 - kalcium-karbonát hőbomlása.
Az A + B -> C vagy 2A -> C - típusú reakciók bimolekulárisak, például:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2 stb.

A trimolekuláris reakciókat az alábbi általános egyenletek írják le:

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

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

A reakciók sebességét a molekulárisságtól függően a következő egyenletekkel fejezzük ki: a) V = - CA - monomolekuláris reakció esetén; b) V = C A C-re vagy c) V = C 2 A-ra - bimolekuláris reakcióhoz; d) V = k C C in C e e) V = k C 2 A C in vagy f) V = k C 3 A - trimolekuláris reakcióhoz.

A molekularitás az egy elemi kémiai művelet során reakcióba lépő molekulák száma.

A reakció molekularitását gyakran nehéz megállapítani, ezért formálisabb jelet használnak - a kémiai reakció sorrendjét.

A reakció sorrendje megegyezik a reakciósebességnek a reaktánsok koncentrációjától való függését kifejező egyenletben a koncentrációs hatványok kitevőinek összegével (kinetikai egyenlet).

A reakció sorrendje leggyakrabban nem esik egybe a molekulárissággal, mivel a reakció mechanizmusa, azaz a reakció „elemi aktusa” (lásd a molekularitás jelének definícióját) nehezen megállapítható.

Nézzünk meg néhány példát, amelyek illusztrálják ezt az álláspontot.

1. A kristályok kioldódási sebességét nulladrendű kinetikai egyenletek írják le, a reakció monomolekuláris jellege ellenére: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C( AgCl (ra)) - p - sűrűség és állandó érték, azaz az oldódás sebessége nem függ az oldott anyag mennyiségétől (koncentrációjától).

2. A szacharóz hidrolízis reakciója: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glükóz) + C 6 H 12 0 6 (fruktóz) bimolekuláris reakció, de kinetikáját az elsőrendű kinetika írja le egyenlet: V = k*C cax, mivel kísérleti körülmények között, így a testben is, a víz koncentrációja állandó érték C(H 2 0) - konst.

3.
A hidrogén-peroxid bomlási reakciója, amely katalizátorok, mind a Fe 3+, mind a Cu 2+ fémplatina szervetlen ionok, mind pedig a biológiai enzimek, például a kataláz részvételével megy végbe, általános formája:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O azaz bimolekuláris.

A reakciósebesség függése a koncentrációtól. Első-, másod- és nulladrendű reakciók kinetikai egyenletei. Kísérleti módszerek a reakciók sebességének és sebességi állandójának meghatározására.

A reakciósebesség függése a hőmérséklettől. Van't Hoff szabály. A reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója és jellemzői a biokémiai folyamatokhoz.

A reakciósebesség γ-hőmérsékleti együtthatója.

A γ érték fizikai jelentése az, hogy azt mutatja meg, hogy 10 fokonként hányszor változik a reakciósebesség a hőmérséklet változásával.

15. Az aktív ütközések elméletének fogalma. A reakció energiaprofilja; aktiválási energia; Arrhenius egyenlet. A sztérikus faktor szerepe. Az átmeneti állapot elméletének fogalma.

A sebességi állandó, az aktiválási energia és a hőmérséklet közötti összefüggést az Arrhenius-egyenlet írja le: k T = k 0 *Ae~ E / RT, ahol k t és k 0 a sebességi állandók T hőmérsékleten, T e pedig a sebességi állandók. természetes logaritmus, A a sztérikus tényező.

Az A sztérikus faktor határozza meg a molekula aktív központjában lévő két reagáló részecske ütközésének valószínűségét. Ez a tényező különösen fontos a biopolimerekkel történő biokémiai reakciókban. A sav-bázis reakciókban a H + ionnak reagálnia kell a terminális karboxilcsoporttal - COO." A H + ionnak azonban nem minden fehérjemolekulával való ütközése vezet ehhez a reakcióhoz. Csak azok az ütközések, amelyek bizonyos pontokon közvetlenül előfordulnak a makromolekulák hatékonyak lesznek, ezeket aktív központoknak nevezzük.

Az Arrhenius-egyenletből az következik, hogy minél kisebb a folyamat E aktiválási energiája és minél magasabb a T hőmérséklete, annál nagyobb a sebességi állandó.

számú feladat 1. A szabad oxigénnel való kölcsönhatás erősen mérgező nitrogén-dioxid képződéséhez vezet //, bár ez a reakció fiziológiás körülmények között lassan megy végbe, és alacsony koncentrációban nem játszik jelentős szerepet a sejtek toxikus károsodásában, azonban a patogén hatások meredeken fokozódnak. túltermelés. Határozza meg, hányszorosára nő a nitrogén-oxid (II) oxigénnel való kölcsönhatásának sebessége, ha a nyomás a kezdeti gázok keverékében megkétszereződik, ha a reakciósebesség egyenlettel írjuk le ?

Megoldás.

1. A nyomás megkétszerezése megegyezik a koncentráció megkétszerezésével ( Val vel) És . Ezért a kölcsönhatási sebességek megfelelnek és a tömeghatás törvényének megfelelően a következő kifejezéseket veszik fel: És

Válasz. A reakció sebessége 8-szorosára nő.

számú feladat 2. Úgy gondolják, hogy a levegőben lévő klór (szúrós szagú zöldes gáz) koncentrációja 25 ppm felett veszélyes az életre és az egészségre, de bizonyíték van arra, hogy ha a beteg akut súlyos mérgezésből felépült ezzel a gázzal, akkor nem figyelhető meg maradványhatás. Határozza meg, hogyan változik a gázfázisban lezajló reakció sebessége, ha 3-szorosára növeli: koncentráció, koncentráció, 3) nyomás //?

Megoldás.

1. Ha a koncentrációkat, illetve -val jelöljük, akkor a reakciósebesség kifejezése a következő alakot ölti: .

2. A koncentrációk 3-szoros növelése után egyenlőek lesznek és -re. Ezért a reakciósebesség kifejezése a következő formában lesz: 1) 2)

3. A nyomás növekedése ugyanakkora mértékben növeli a gáznemű reaktánsok koncentrációját, ezért

4. A reakciósebesség kezdeti sebességhez viszonyított növekedését a következő arány határozza meg: 1) , 2) , 3) .

Válasz. A reakciósebesség növekszik: 1) , 2) , 3) alkalommal.

3. feladat. Hogyan változik a kiindulási anyagok kölcsönhatásának sebessége, ha a hőmérséklet -ról -ra változik, ha a reakció hőmérsékleti együtthatója 2,5?

Megoldás.

1. A hőmérsékleti együttható megmutatja, hogyan változik a reakciósebesség minden hőmérséklet-változással (van't Hoff-szabály): .

2. Ha a hőmérséklet változás: , akkor figyelembe véve azt a tényt, a következőt kapjuk: . Innen, .

3. Az antilogaritmusok táblázatát felhasználva a következőket kapjuk: .

Válasz. Amikor a hőmérséklet változik (azaz emelkedik), a sebesség 67,7-szeresére nő.

4. számú probléma. Számítsa ki a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatóját, tudva, hogy a sebesség 128-szorosára nő a hőmérséklet emelkedésével.

Megoldás.

1. A kémiai reakció sebességének a hőmérséklettől való függését az empirikus van’t Hoff-szabály fejezi ki:

.A -re vonatkozó egyenletet megoldva azt kapjuk, hogy: , . Ezért =2

Válasz. =2.

5. számú probléma. Az egyik reakcióhoz két sebességi állandót határoztunk meg: 0,00670-nél és 0,06857-nél. Határozzuk meg a sebességi állandót ugyanannak a reakciónak a -nál.

Megoldás.

1. A reakciósebesség-állandók két értéke alapján, az Arrhenius-egyenlet segítségével meghatározzuk a reakció aktiválási energiáját: . Erre az esetre: Innen: J/mol.

2. Számítsa ki a reakciósebesség-állandót az at sebességi állandóval és az Arrhenius-egyenlettel a számításokban: . Erre az esetre: és figyelembe véve azt a tényt, hogy: , megkapjuk: . Ennélfogva,

Válasz.

A kémiai egyensúlyi állandó kiszámítása és az egyensúlyi eltolódás irányának meghatározása Le Chatelier elvével .

6. feladat. A szén-dioxid / / a szén-monoxiddal ellentétben / / nem sérti az élő szervezet fiziológiai funkcióit és anatómiai integritását, és fojtó hatásuk csak a nagy koncentrációban való jelenlétnek és a belélegzett levegő oxigén százalékos arányának csökkenéséből adódik. Mivel egyenlő reakció egyensúlyi állandó / /: hőmérsékleten, a következőkben kifejezve: a) a reagáló anyagok parciális nyomása; b) moláris koncentrációjukat, tudván, hogy az egyensúlyi elegy összetételét térfogattörtekkel fejezzük ki: , és , és a rendszerben a teljes nyomás Pa?

Megoldás.

1. Egy gáz parciális nyomása egyenlő a teljes nyomás szorozva a keverékben lévő gáz térfogatrészével, ezért:

2. Ezeket az értékeket behelyettesítve az egyensúlyi állandó kifejezésébe, a következőt kapjuk:

3. A és közötti összefüggést az ideális gázok Mengyelejev-Clapeyron egyenlete alapján állapítjuk meg, és az egyenlőséggel fejezzük ki: , ahol a gáznemű reakciótermékek és a gáznemű kiindulási anyagok mólszámának különbsége. Ehhez a reakcióhoz: . Akkor: .

Válasz. Pa. .

7. feladat. Milyen irányba tolódik el az egyensúly a következő reakciókban:

3. ;

a) növekvő hőmérséklettel, b) csökkenő nyomással, c) növekvő hidrogénkoncentrációval?

Megoldás.

1. A rendszerben a kémiai egyensúly állandó külső paraméterek (stb.) mellett jön létre. Ha ezek a paraméterek megváltoznak, akkor a rendszer kilép az egyensúlyi állapotból, és a közvetlen (jobbra) vagy a fordított reakció (balra) kezd uralkodni. A különböző tényezők egyensúlyi eltolódásra gyakorolt hatását tükrözi Le Chatelier elve.

2. Tekintsük mind a három, a kémiai egyensúlyt befolyásoló tényező hatását a fenti reakciókra.

a) A hőmérséklet emelkedésével az egyensúly az endoterm reakció felé tolódik el, azaz. reakció, amely a hő elnyelésével megy végbe. Az 1. és 3. reakció exoterm / /, ezért a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly a fordított reakció, a 2. reakcióban / / - az előre irányuló reakció felé tolódik el.

b) A nyomás csökkenésével az egyensúly a gázok mólszámának növekedése felé tolódik el, azaz. nagyobb nyomás felé. Az 1. és 3. reakcióban az egyenlet bal és jobb oldalán ugyanannyi gázmol lesz (2-2, illetve 1-1). Ezért a nyomásváltozás nem fog okozni egyensúlyi eltolódások a rendszerben. A 2. reakcióban a bal oldalon 4 mol, a jobb oldalon 2 mol gáz található, ezért a nyomás csökkenésével az egyensúly a fordított reakció felé tolódik el.

V) A reakciókomponensek koncentrációjának növekedésével az egyensúly a fogyasztásuk felé tolódik el. Az első reakcióban hidrogén van jelen a termékekben, és koncentrációjának növelése fokozza a fordított reakciót, amely során elfogy. A 2. és 3. reakcióban a hidrogén a kiindulási anyagok között van, így koncentrációjának növekedése az egyensúlyt a hidrogénfogyasztással végbemenő reakció felé tolja el.

Válasz.

a) A hőmérséklet emelkedésével az 1. és 3. reakcióban az egyensúly balra, a 2. reakcióban pedig jobbra tolódik el.

b) Az 1. és 3. reakciót nem befolyásolja a nyomáscsökkenés, de a 2. reakcióban az egyensúly balra tolódik el.

c) A hőmérséklet emelkedése a 2. és 3. reakcióban az egyensúly jobbra, az 1. reakcióban balra történő eltolódását vonja maga után.

1.2. Szituációs feladatok 7-21 az anyag összevonására (jegyzőfüzetben végezve).

8. feladat. Hogyan változik a glükóz oxidáció sebessége a szervezetben, ha a hőmérséklet ról-ra csökken, ha a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója 4?

9. számú probléma.A hozzávetőleges Van't Hoff-szabály segítségével számolja ki, hogy mennyivel kell növelni a hőmérsékletet, hogy a reakciósebesség 80-szorosára növekedjen? Vegyük a hőmérsékleti sebességi együtthatót 3-mal.

10. feladat. A reakció gyakorlatilag leállítására a reakcióelegy gyors hűtését ("reakciófagyasztás") alkalmazzák. Határozza meg, hányszor változik meg a reakciósebesség, ha a reakcióelegyet 40 °C-ról lehűtjük, ha a reakció hőmérsékleti együtthatója 2,7.

11. számú feladat. Az egyes daganatok kezelésére használt izotóp felezési ideje 8,1 nap. Mennyi idő elteltével ötszörösére csökken a radioaktív jód tartalma a páciens testében?

12. feladat. Egyes szintetikus hormonok (gyógyszerészeti) hidrolízise elsőrendű reakció, amelynek sebességi állandója 0,25 (). Hogyan változik ennek a hormonnak a koncentrációja 2 hónap után?

13. feladat. A radioaktív felezési idő 5600 év. Élő szervezetben az anyagcsere miatt állandó mennyiség marad fenn. A mamut maradványainak tartalma megegyezett az eredetivel. Határozza meg, mikor élt a mamut?

14. számú feladat. A rovarirtó szerek (rovarok elleni védekezésre használt rovarirtó szer) felezési ideje 6 hónap. Egy bizonyos mennyiség bekerült a tározóba, ahol megállapították a mol/l koncentrációt. Mennyi idő alatt csökken a rovarölő szer koncentrációja a mol/l szintre?

15. számú feladat. A zsírok és szénhidrátok észrevehető sebességgel oxidálódnak 450 - 500 ° C hőmérsékleten, élő szervezetekben pedig 36 - 40 ° C hőmérsékleten. Mi az oka az oxidációhoz szükséges hőmérséklet hirtelen csökkenésének?

16. számú feladat. A hidrogén-peroxid vizes oldatokban oxigénre és vízre bomlik. A reakciót szervetlen katalizátor (ion) és bioorganikus katalizátor (kataláz enzim) egyaránt felgyorsítja. A reakció aktiválási energiája katalizátor hiányában 75,4 kJ/mol. Az ion 42 kJ/mol-ra, a kataláz enzim pedig 2 kJ/mol-ra csökkenti. Számítsa ki a reakciósebességek arányát katalizátor hiányában kataláz jelenléte esetén! Milyen következtetés vonható le az enzim aktivitásáról? A reakció 27 °C hőmérsékleten megy végbe.

17. számú feladat A penicillin bomlási sebességi állandója walkie-talkie esetén J/mol.

1.3. Ellenőrző kérdések

1. Magyarázza meg, mit jelentenek a kifejezések: reakciósebesség, sebességi állandó?

2. Hogyan fejezhető ki a kémiai reakciók átlagos és valós sebessége?

3. Miért van értelme a kémiai reakciók sebességéről csak egy adott időpontban beszélni?

4. Fogalmazza meg a reverzibilis és irreverzibilis reakciók definícióját!

5. Határozza meg a tömeghatás törvényét! Az ezt a törvényt kifejező egyenlőségekben tükröződik-e a reakciósebesség függése a reaktánsok természetétől?

6. Hogyan függ a reakciósebesség a hőmérséklettől? Mit nevezünk aktiválási energiának? Mik az aktív molekulák?

7. Milyen tényezőktől függ a homogén és heterogén reakciók sebessége? Adj rá példákat.

8. Mi a kémiai reakciók sorrendje és molekulárissága? Milyen esetekben nem egyeznek?

9. Milyen anyagokat nevezünk katalizátoroknak? Mi a katalizátor gyorsító hatásának mechanizmusa?

10. Mi a „katalizátormérgezés” fogalma? Milyen anyagokat nevezünk inhibitoroknak?

11. Mit nevezünk kémiai egyensúlynak? Miért hívják dinamikusnak? Milyen koncentrációjú reagenseket nevezünk egyensúlynak?

12. Mit nevezünk kémiai egyensúlyi állandónak? Függ-e a reagáló anyagok természetétől, koncentrációjuktól, hőmérsékletüktől, nyomásuktól? Milyen jellemzői vannak az egyensúlyi állandó matematikai jelölésének heterogén rendszerekben?

13. Mi a gyógyszerek farmakokinetikája?

14. A szervezetben egy gyógyszerrel végbemenő folyamatokat kvantitatívan számos farmakokinetikai paraméter jellemzi. Adja meg a főbbeket.

A hőmérséklet emelkedésével a kémiai folyamatok sebessége általában növekszik. 1879-ben J. van't Hoff holland tudós empirikus szabályt fogalmazott meg: a hőmérséklet 10 K-nel történő emelésével a legtöbb kémiai reakció sebessége 2-4-szeresére nő.

A szabály matematikai jelölése J. Van't Hoff:

γ 10 = (k t+10)/k t, ahol k t a reakciósebesség állandó T hőmérsékleten; k t+10 - reakciósebesség-állandó T+10 hőmérsékleten; γ 10 - Van't Hoff hőmérsékleti együttható. Értéke 2 és 4 között mozog. A biokémiai folyamatoknál a γ 10 7 és 10 között változik.

Minden biológiai folyamat egy bizonyos hőmérsékleti tartományban megy végbe: 45-50°C. Az optimális hőmérséklet 36-40°C. A melegvérű állatok szervezetében ezt a hőmérsékletet állandóan tartják a megfelelő biorendszer hőszabályozása miatt. A biológiai rendszerek tanulmányozásakor γ 2, γ 3, γ 5 hőmérsékleti együtthatókat használunk. Összehasonlításképpen γ 10-re csökkentik.

A reakciósebesség hőmérséklettől való függése a Van't Hoff-szabály szerint a következő egyenlettel ábrázolható:

V 2 /V 1 = γ ((T 2 -T 1)/10)

Aktiválási energia. A reakciósebesség jelentős növekedése a hőmérséklet emelkedésével nem magyarázható csak a reagáló anyagok részecskéi közötti ütközések számának növekedésével, mivel a gázok kinetikai elméletének megfelelően a hőmérséklet emelkedésével az ütközések száma jelentéktelenre nő. mértéke. A reakciósebesség növekedése a hőmérséklet emelkedésével azzal magyarázható, hogy a kémiai reakció nem a reagáló anyagok részecskéinek ütközésével, hanem csak olyan aktív részecskék találkozásával megy végbe, amelyek az ütközés pillanatában a szükséges többletenergiával rendelkeznek.

Az inaktív részecskék aktívvá alakításához szükséges energiát ún aktiválási energia (Ea). Az aktiválási energia az átlagos értékhez viszonyított többletenergia, amely ahhoz szükséges, hogy a reagáló anyagok ütközésükkor reakcióba lépjenek. Az aktiválási energiát kilojoule per mol (kJ/mol) mértékegységben mérik. Az E jellemzően 40 és 200 kJ/mol között van.

Az exoterm és endoterm reakció energiadiagramja az ábrán látható. 2.3. Bármely kémiai folyamat esetében megkülönböztethető a kezdeti, a közbenső és a végső állapot. Az energiagát tetején a reagensek egy köztes állapotban vannak, amelyet aktivált komplexnek vagy átmeneti állapotnak neveznek. Az aktivált komplex energiája és a reagensek kezdeti energiája közötti különbség Ea, a reakciótermékek és a kiindulási anyagok (reagensek) energiája közötti különbség pedig ΔH, a reakció termikus hatása. Az aktiválási energia a ΔH-val ellentétben mindig pozitív érték. Exoterm reakcióhoz (2.3. ábra, a) a termékek alacsonyabb energiaszinten helyezkednek el, mint a reaktánsok (Ea< ΔН).

Rizs. 2.3. A reakciók energiadiagramjai: A – exoterm B – endoterm

A B

Ea a reakciósebességet meghatározó fő tényező: ha Ea > 120 kJ/mol (nagyobb energiagát, kevesebb aktív részecske a rendszerben), a reakció lassan megy végbe; és fordítva, ha Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.

A komplex biomolekulákat érintő reakcióknál figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a részecskék ütközése során létrejövő aktivált komplexben a molekuláknak meghatározott módon kell a térben orientálódniuk, mivel a molekulának csak a reakció tartománya, amely kicsi méretéhez képest átalakul.

Ha ismertek a k 1 és k 2 sebességi állandók T 1 és T 2 hőmérsékleten, akkor az Ea értéke kiszámítható.

A biokémiai folyamatokban az aktiválási energia 2-3-szor kisebb, mint a szervetleneknél. Ugyanakkor az idegen anyagok, xenobiotikumok részvételével zajló reakciók Ea értéke jelentősen meghaladja a hagyományos biokémiai folyamatok Ea-ját. Ez a tény a rendszer természetes biovédelme az idegen anyagok hatásától, pl. a szervezetben természetes reakciók kedvező körülmények között, alacsony Ea mellett fordulnak elő, idegen reakciók esetén pedig magas az Ea. Ez egy géngát, amely a biokémiai folyamatok egyik fő jellemzőjét jellemzi.

336. feladat.
150 °C-on a reakció egy része 16 perc alatt befejeződik. A reakciósebesség 2,5-ös hőmérsékleti együtthatóját véve számítsa ki, mennyi idő múlva fejeződik be ez a reakció, ha a következő: a) 20 °C-on megy végbe. 0 °C; b) 80 °C-on.
Megoldás:
A van't Hoff-szabály szerint a sebesség hőmérséklettől való függését a következő egyenlet fejezi ki:

v t és k t - a reakció sebessége és sebességi állandója t°C hőmérsékleten; v (t + 10) és k (t + 10) ugyanazok az értékek hőmérsékleten (t + 10 0 C); - a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója, amelynek értéke a legtöbb reakciónál 2-4 tartományban van.

a) Tekintettel arra, hogy egy adott hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége fordítottan arányos a lezajlásának időtartamával, a problémafelvetésben megadott adatokat behelyettesítjük egy képletbe, amely kvantitatívan kifejezi Van’t Hoff szabályát, így kapjuk:

b) Mivel ez a reakció a hőmérséklet csökkenésével megy végbe, ezért adott hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége egyenesen arányos a lezajlás időtartamával, ezért a problémafelvetésben megadott adatokat behelyettesítjük egy képletbe, amely kvantitatívan kifejezi a van' t Hoff-szabályt kapunk:

Válasz: a) 200 0 C-on t2 = 9,8 s; b) 80 0 C-on t3 = 162 óra 1 perc 16 s.

337. feladat.
Változik-e a reakciósebesség-állandó értéke: a) ha az egyik katalizátort egy másikra cseréljük; b) mikor változik a reagáló anyagok koncentrációja?
Megoldás:
A reakciósebesség állandó egy olyan érték, amely a reagensek természetétől, a hőmérséklettől és a katalizátorok jelenlététől függ, és nem függ a reagensek koncentrációjától. Egyenlő lehet a reakciósebességgel abban az esetben, ha a reagensek koncentrációja egységnyi (1 mol/l).

a) Ha az egyik katalizátort egy másikra cseréljük, az adott kémiai reakció sebessége megváltozik vagy nő. Katalizátor alkalmazása esetén a kémiai reakció sebessége nő, és ennek megfelelően nő a reakciósebesség állandó értéke. A reakciósebesség-állandó értékének változása az egyik katalizátor másikkal való cseréjekor is bekövetkezik, ami növeli vagy csökkenti a reakció sebességét az eredeti katalizátorhoz képest.

b) Ha a reagensek koncentrációja változik, a reakciósebesség-értékek változnak, de a reakciósebesség állandó értéke nem változik.

338. feladat.
Függ-e a reakció hőhatása az aktiválási energiától? Indokolja a választ.
Megoldás:
A reakció termikus hatása csak a rendszer kezdeti és végső állapotától függ, és nem függ a folyamat közbenső szakaszaitól. Az aktiválási energia az a többletenergia, amellyel az anyagok molekuláinak rendelkezniük kell ahhoz, hogy ütközésük új anyag képződéséhez vezessen. Az aktiválási energia a hőmérséklet növelésével vagy csökkentésével, ennek megfelelő csökkentésével vagy növelésével változtatható. A katalizátorok csökkentik az aktiválási energiát, az inhibitorok pedig csökkentik azt.

Így az aktiválási energia változása a reakciósebesség változásához vezet, de nem a reakció termikus hatásában. A reakció termikus hatása állandó érték, és nem függ az adott reakció aktiválási energiájának változásától. Például az ammónia nitrogénből és hidrogénből történő képződésének reakciója a következő formájú:

Ez a reakció exoterm, > 0). A reakció a reagáló részecskék mólszámának és a gáznemű anyagok mólszámának csökkenésével megy végbe, ami a rendszert kevésbé stabil állapotból stabilabbba vezeti, az entrópia csökken,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

339. feladat.
Melyik közvetlen vagy fordított reakció esetén nagyobb az aktiválási energia, ha a közvetlen reakció hőt bocsát ki?
Megoldás:
Az előre és fordított reakció aktiválási energiáinak különbsége megegyezik a hőhatással: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Ez a reakció a hő felszabadulásával megy végbe, pl. exoterm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(pl.)< Е а(обр.) .

Válasz: E a(pl.)< Е а(обр.) .

340. feladat.
Hányszorosára nő a 298 K hőmérsékleten végbemenő reakció sebessége, ha aktiválási energiáját 4 kJ/mol-al csökkentjük?
Megoldás:
Jelöljük Ea-val az aktiválási energia csökkenését, az aktiválási energia csökkenése előtti és utáni reakciósebesség-állandót pedig k-val, illetve k-val." Az Arrhenius-egyenlet felhasználásával kapjuk:

E a - aktiválási energia, k és k" - reakciósebesség állandók, T - hőmérséklet K-ban (298).
A probléma adatait az utolsó egyenletbe behelyettesítve és az aktiválási energiát joule-ban kifejezve kiszámítjuk a reakciósebesség növekedését:

Válasz: 5 alkalommal.

Válasz: a) 200 0 C-on t2 = 9,8 s; b) 80 0 C-on t3 = 162 óra 1 perc 16 s.

b) Ha a reagensek koncentrációja változik, a reakciósebesség-értékek változnak, de a reakciósebesség állandó értéke nem változik.

Válasz: E a(pl.)< Е а(обр.) .

Válasz: 5 alkalommal.