Намунаҳои саволҳо дар бораи омилҳое, ки ба суръати реаксия таъсир мерасонанд
Реаксияи кимиёвӣ табдилёбии атомҳо ё молекулаҳо мебошад, ки бо тағйироти энергия ва тағирёбии сатҳҳои энергия тавсиф мешавад. Дар амал, суръати реаксия тавсиф мекунад, ки чӣ қадар зуд реактивҳо ба маҳсулот табдил меёбанд. Якчанд омилҳо метавонанд ба суръати реаксия таъсир расонанд, аз ҷумла консентратсия, ҳарорат, фишор (барои реаксияҳои газӣ), масоҳати сатҳ ва мавҷудияти катализаторҳо. Дар ин мақола масъалаҳои намунавӣ вобаста ба омилҳое, ки ба суръати реаксия таъсир мерасонанд, бо шарҳҳои муфассал баррасӣ карда мешаванд.
Омилҳое, ки ба суръати реаксия таъсир мерасонанд
1. Консентратсияи реактивҳо
2. Ҳарорат
3. Фишор
4. Масоҳати сатҳ
5. Катализатор
1. Консентратсияи реактивҳо
Намунаи саволи 1:
Реаксияи додашуда:
A + B → AB
Агар консентратсияҳои [A] = 0,5 M ва [B] = 0,5 M дода шуда бошанд ва суръати ибтидоии реаксия бо суръат = k[A][B] дода шавад. Агар консентратсияи A ду баробар то 1 M зиёд шавад, дар ҳоле ки [B] дар 0,5 M боқӣ мемонад, суръати реаксия чӣ қадар хоҳад буд?
Муҳокима:
Формулаи суръати реаксия:
\[ \text{Rate} = k[A][B] \]
Нархи ибтидоӣ:
\[ \text{Rate}_{\text{initial}} = k[0,5][0,5] = 0,25k \]
Вақте ки консентратсияи А ба 1 М мерасад:
\[ \text{Rate}_{\text{new}} = k[1][0,5] = 0,5k \]
Муқоисаи нархҳо:
\[ \frac{\text{Rate}_{\text{new}}}{\text{Rate}_{\text{initial}}} = \frac{0,5k}{0,25k} = 2 \]
Пас, суръати реаксияи нав ду маротиба аз суръати реаксияи ибтидоӣ зиёдтар аст.
2. Ҳарорат
Намунаи саволи 2:
Як химик қайд мекунад, ки суръати реаксия барои раванди кимиёвӣ аз 0,5 мол/л/с то 2 мол/л/с меафзояд, вақте ки ҳарорат аз 300 К то 320 К баланд мешавад. Бар асоси қонуни Аррениус, омили афзоиш чист?
Муҳокима:
Қонуни Аррениус мегӯяд:
\[ \text{Rate} = Ae^{-\frac{E_a}{RT}} \]
Баланд шудани ҳарорат боиси коҳиши экспоненсиалии ифодаи Аррениус мегардад, аз ин рӯ суръати реаксия меафзояд. Дар ин ҳолат, омили афзоиш чунин аст:
\[ \frac{\text{Rate}\ \text{at}\ 320\ K}{\text{Rate}\ \text{at}\ 300\ K} = \frac{2\ mol/L/s}{0,5\ mol/L/s} = 4 \]
Пас, коэффитсиенти афзоиши суръати реаксия 4 маротиба аст.
3. Фишор
Намунаи саволи 3:
Барои реаксияҳои газӣ:
\[ \text{2NO}(г) + \text{O}_2(г) → \text{2NO}_2(г) \]
Агар фишори умумӣ аз 1 атм то 2 атм бо ҳаҷми доимӣ зиёд карда шавад, ин ба суръати реаксия чӣ гуна таъсир мерасонад?
Муҳокима:
Дар реаксияҳои газӣ, фишор ба консентратсия мустақиман мутаносиб аст. Баланд бардоштани фишор консентратсияи ҳар як газро зиёд мекунад ва суръати реаксияро зиёд мекунад. Агар фишор мутаносибан нигоҳ дошта шавад, суръати реаксия бо фишор меафзояд:
\[ \text{Rate}_{\text{new}} = k[2NO]^2[O_2] \]
Бо афзоиши фишор, консентратсияҳои NO ва O2 ду баробар зиёд мешаванд, аз ин рӯ суръати реаксия бо чунин афзоиш меёбад:
\[ \text{Rate}_{\text{new}} = k[2NO]^2[2O_2] = k(2[NO])^2 (2[O_2]) = 4k[NO]^2[O_2] \]
Пас, суръати реаксия 4 маротиба меафзояд.
4. Масоҳати сатҳ
Намунаи саволи 4:
Вақте ки Zn сахт дар маҳлули HCl ҷойгир карда мешавад, реаксияи ташаккули гази H2 ҳангоми орд кардани Zn ба хока нисбат ба он вақте ки он дар шакли тахтаи Zn аст, зудтар ба амал меояд. Чаро?
Муҳокима:
Афзоиши масоҳати сатҳи зарраҳои сахт шумораи молекулаҳои нави реактивҳоро, ки метавонанд бо сатҳи Zn сахт бархӯранд, зиёд мекунад. Реаксияи байни Zn ва HCl чунин аст:
\[ \text{Zn}(s) + 2\text{HCl}(aq) → \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2(g) \]
Вақте ки Zn дар шакли хока аст, сатҳи тамос байни Zn ва HCl дар муқоиса бо Zn дар шакли бар калонтар аст, ки суръати реаксияро тавассути ҷойҳои бештари бархӯрд зиёд мекунад.
5. Катализатор
Намунаи саволи 5:
Фарқи суръати реаксияро барои таҷзияи пероксиди гидроген бо ва бе катализатор (диоксиди марганец, MnO2) шарҳ диҳед.
\[ \text{2H}_2\text{O}_2(aq) → 2\text{H}_2\text{O}(l) + \text{O}_2(г) \]
Муҳокима:
Бе катализатор, таҷзияи пероксиди гидроген аз сабаби энергияи баланди фаъолсозӣ суст аст. Аммо, бо катализатори MnO2, энергияи фаъолсозӣ ба таври назаррас коҳиш меёбад. MnO2 дар реаксия ба таври доимӣ реаксия намекунад, балки роҳи алтернативӣ (механизми реаксия)-ро бо энергияи пасттари фаъолсозӣ таъмин мекунад ва суръати реаксияро суръат мебахшад.
Бо катализатор:
- Суръати реаксия меафзояд, зеро энергияи зарурӣ камтар аст.
- Кинетикаи реаксия тағйир меёбад, аммо ҳосили маҳсулот бетағйир боқӣ мемонад.
Катализаторҳо имкон медиҳанд, ки басомади бархӯрди муассир бе тағир додани термодинамикаи реаксия афзоиш ёбад.
Хулоса
Суръати реаксия аз якчанд омилҳо, аз ҷумла консентратсияи реактивҳо, ҳарорат, фишор, махсусан дар реаксияҳои газӣ, масоҳати сатҳ дар маводҳои сахт ва мавҷудияти катализаторҳо, таъсир мегирад. Консентратсия ба суръати реаксия мустақиман мутаносиб аст; ҳарорат ба энергияи кинетикии реактивҳо таъсир мерасонад; фишор ба реаксияҳои газӣ тавассути консентратсияи газ таъсир мерасонад; масоҳати сатҳ ба масоҳати бархӯрд таъсир мерасонад; ва катализаторҳо суръатро бо коҳиш додани энергияи фаъолсозӣ суръат мебахшанд. Фаҳмидани ин омилҳо барои назорат кардани суръати реаксия дар барномаҳои гуногуни саноатӣ ва таҳқиқоти лабораторӣ муҳим аст.
