Kimyəvi Kinetika Müzakirə Suallarına Nümunə
Kimyəvi kinetika kimyəvi reaksiyaların sürətini və onlara təsir edən amilləri öyrənən kimyanın bir qoludur. Kimyəvi kinetikanın dərindən başa düşülməsi kimyaçı alimlər və mühəndislər üçün səmərəli sənaye prosesləri inkişaf etdirmək və canlı orqanizmlərdə baş verən müxtəlif biokimyəvi reaksiyaları anlamaq üçün vacibdir. Bu məqalədə bu mövzunu daha dərindən anlamaq üçün kimyəvi kinetika ilə bağlı bir neçə nümunə problem və onların həlləri müzakirə olunacaq.
Nümunə Sual 1: Reaksiya Sırasının Təyin Edilməsi
Sual:
Reaksiyanın aşağıdakı ümumi sürət tənliyi var:
\[ R = k[A]^m[B]^n \]
Harada:
– \( R \) reaksiya sürətidir,
– \( k \) sürət sabitidir,
– \([A] \) və \([B]\) A və B reaktivlərinin konsentrasiyalarıdır,
– \( m \) və \( n \) A və B-yə görə reaksiya sıralarıdır.
Təcrübənin aşağıdakı konsentrasiya dəyişiklikləri ilə aparıldığı məlumdur:
| Təcrübə | \([A]\) (mol/L) | \([B]\) (mol/L) | Reaksiya sürəti (mol/(Ls)) |
|————–|———————-|——————––|——————————|
| 1 | 0,10 | 0,20 | 0,030 |
| 2 | 0,10 | 0,40 | 0,060 |
| 3 | 0,20 | 0,20 | 0,120 |
A və B-yə görə reaksiya sırasını və sürət sabitinin qiymətini təyin edin.
Müzakirə:
A və B-yə görə reaksiya sırasını təyin etmək üçün müxtəlif konsentrasiya dəyişiklikləri ilə reaksiya sürətlərini müqayisə etməliyik.
Əvvəlcə, 1 və 2 təcrübələrini müqayisə edərək B-yə görə reaksiya sırasını təyin edirik:
\[ \frac{\text{R2}}{\text{R1}} = \frac{k[A]^m [B_2]^n}{k[A]^m [B_1]^n} \]
\[ \frac{0,060}{0,030} = \frac{[0,10]^m [0,40]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 2 = \left(\frac{0,40}{0,20}\right)^n \]
\[ 2 = 2^n \]
\[ n = 1 \]
B-yə görə reaksiya sırası 1-dir.
Daha sonra, 1 və 3 təcrübələrini müqayisə edərək A-ya nisbətən reaksiya sırasını təyin edirik:
\[ \frac{\text{R3}}{\text{R1}} = \frac{k[A_3]^m [B]^n}{k[A_1]^m [B]^n} \]
\[ \frac{0,120}{0,030} = \frac{[0,20]^m [0,20]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 4 = \left(\frac{0,20}{0,10}\right)^m \]
\[ 4 = 2^m \]
\[ m = 2 \]
A-ya nisbətən reaksiya sırası 2-dir.
Beləliklə, reaksiya sürəti tənliyi belədir:
\[ R = k[A]^2[B] \]
İndi sürət sabitinin dəyərini tapırıq \( k \). 1-ci təcrübənin məlumatlarından istifadə edin:
\[ 0,030 = k[0,10]^2[0,20] \]
\[ 0,030 = k \dəfə 0,01 \dəfə 0,20 \]
\[ 0,030 = k \dəfə 0,002 \]
\[ k = \frac{0,030}{0,002} \]
\[ k = 15 \ \text{L}^2/(\text{mol}^2 \cdot \text{s}) \]
Beləliklə, sürət sabiti \( k \) 15 L²/(mol²·s)-dir.
Nümunə Sual 2: İkinci Tərtibli Reaksiyanın Yarım Ömrü
Sual:
Sürət tənliyi ilə ikinci dərəcəli reaksiya verilir:
\[ R = k[A]^2 \]
Reaksiyanın sürət sabiti (\(k\)) 0,5 L/(mol·s)-dir. Əgər reaktivin ilkin konsentrasiyası \([A]_0\) 1 mol/L-dirsə, reaksiyanın yarımparçalanma müddətini tapın.
Müzakirə:
İkinci dərəcəli reaksiyalar üçün yarımparçalanma dövrü (\( t_{1/2} \)) aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə hesablana bilər:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{k[A]_0} \]
Məlum dəyərləri əvəz edin:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5 \dəfə 1} \]
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5} \]
\[ t_{1/2} = 2 \ \mətn{s} \]
Beləliklə, sürət sabiti 0,5 L/(mol·s) və ilkin reaktiv konsentrasiyası 1 mol/L olan ikinci dərəcəli reaksiyanın yarımparçalanma dövrü 2 saniyədir.
Nümunə Sual 3: Arrenius Tənliyi vasitəsilə Aktivləşdirmə Enerjisi
Sual:
Reaksiya iki fərqli temperaturda iki fərqli sürət sabitinə malikdir:
– 300 K-də sürət sabiti (\( k_1 \)) 0,2 L/(mol·s)-dir
– 350 K-də sürət sabiti (\( k_2 \)) 0,4 L/(mol·s)-dir
Arrenius tənliyindən istifadə edərək reaksiyanın aktivləşmə enerjisini (\( E_a \)) təyin edin:
\[ k = A e^{-E_a/(RT)} \]
Müzakirə:
Arrenius tənliyi loqarifmik formada aşağıdakı kimi yazıla bilər:
\[ \ln k = \ln A – \frac{E_a}{RT} \]
\(E_a \)-ni təyin etmək üçün iki fərqli temperaturda iki sürət sabiti məlumatlarından istifadə edə bilərik:
Bu iki şərt üçün iki tənlik yazaq:
\[ \ln k_1 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1} \]
\[ \ln k_2 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2} \]
Bu iki tənliyi çıxmaqla:
\[ \ln k_2 – \ln k_1 = \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2}\right) – \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1}\right) \]
\[ \ln \left(\frac{k_2}{k_1}\right) = -\frac{E_a}{R} \left(\frac{1}{T_2} – \frac{1}{T_1}\right) \]
\( k_1 \), \( k_2 \), \( T_1 \) və \( T_2 \) dəyərlərini əvəz edin:
\[ \ln \left(\frac{0,4}{0,2}\right) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ \ln (2) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{300 – 350}{350 \cdot 300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{-50}{105000}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{2100}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{17462850/2100} \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8314} \]
\[ E_a = 0,693 \dəfə 8314 \]
\[ E_a = 5761,842 \ \text{J/mol} \]
Beləliklə, reaksiya üçün aktivləşmə enerjisi (\( E_a \)) təxminən 5761,842 J/mol və ya təxminən 5,76 kJ/mol-dur.
-
Kimyəvi kinetika haqqında biliklər və bu kimi problemlərin müzakirəsini anlamaq müxtəlif sahələrdə, xüsusən də kimya sənayesi və elmi tədqiqatlarda çox vacibdir. Yuxarıdakı nümunə məsələsi texnoloji inkişaf və kimyəvi reaksiya mexanizmlərinin daha dərindən başa düşülməsi üçün vacib olan reaksiya sırasını, yarımparçalanma dövrünü və aktivləşmə enerjisini təyin etmək üsullarını anlamağı təmin edir.
