Այն նյութերը, որոնք մասնակցում են ռեակցիաներին և մեծացնում են դրա արագությունը՝ ռեակցիայի վերջում մնալով անփոփոխ, կոչվում են. կատալիզատորներ.

Նման նյութերի ազդեցության տակ ռեակցիայի արագության փոփոխության երեւույթը կոչվում է կատալիզ. Կատալիզատորների ազդեցության տակ տեղի ունեցող ռեակցիաները կոչվում են կատալիտիկ.

Շատ դեպքերում կատալիզատորի ազդեցությունը բացատրվում է նրանով, որ այն նվազեցնում է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան։ Կատալիզատորի առկայության դեպքում ռեակցիան ընթանում է տարբեր միջանկյալ փուլերով, քան առանց դրա, և այդ փուլերը էներգետիկ առումով ավելի հասանելի են։ Այլ կերպ ասած, կատալիզատորի առկայության դեպքում առաջանում են այլ ակտիվացված բարդույթներ, և դրանց առաջացումը պահանջում է ավելի քիչ էներգիա, քան ակտիվացված կոմպլեքսների ձևավորումը, որոնք առաջանում են առանց կատալիզատորի: Այսպիսով, ակտիվացման էներգիան կտրուկ նվազում է. որոշ մոլեկուլներ, որոնց էներգիան անբավարար էր ակտիվ բախումների համար, այժմ պարզվում է, որ ակտիվ են։

Մի շարք ռեակցիաների համար ուսումնասիրվել են միջանկյալ նյութեր. որպես կանոն, դրանք շատ ակտիվ անկայուն արտադրանք են:

Կատալիզատորների գործողության մեխանիզմը կապված է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիայի նվազման հետ՝ միջանկյալ միացությունների առաջացման պատճառով։ Կատալիզը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

A + K = A...K

A...K + B = AB + K,

որտեղ A...K-ը միջանկյալ ակտիվացված միացություն է:

Նկար 13.5 - Ոչ կատալիտիկ A + B → AB ռեակցիայի (կոր 1) և միատարր կատալիտիկ ռեակցիայի (կոր 2) ռեակցիայի ուղու նկարազարդումը:

Քիմիական արդյունաբերության մեջ կատալիզատորները շատ լայնորեն օգտագործվում են։ Կատալիզատորների ազդեցության տակ ռեակցիաները կարող են արագանալ միլիոնավոր կամ ավելի անգամ։ Որոշ դեպքերում, կատալիզատորների ազդեցության տակ, կարող են գրգռվել այնպիսի ռեակցիաներ, որոնք գործնականում չեն առաջանում տվյալ պայմաններում առանց դրանց:

Տարբերել միատարր և տարասեռ կատալիզ.

Դեպքում համասեռ կատալիզկատալիզատորը և ռեակտիվները կազմում են մեկ փուլ (գազ կամ լուծույթ): Դեպքում տարասեռ կատալիզկատալիզատորը համակարգում է որպես անկախ փուլ:

Միատարր կատալիզի օրինակներ.

1) SO 2 + 1/2O 2 = SO 3 օքսիդացում NO-ի առկայությամբ; NO-ն հեշտությամբ օքսիդանում է մինչև NO 2, իսկ NO 2-ն արդեն օքսիդացնում է SO 2-ը;

2) ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը ջրային լուծույթում ջրի և թթվածնի՝ իոններ Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4, կատալիզացնելով ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը, դրա հետ ձևավորվում են միջանկյալ միացություններ, որոնք հետագայում քայքայվում են. թթվածնի արտազատում.

Միատարր կատալիզն իրականացվում է կատալիզատորի հետ միջանկյալ ռեակցիաների միջոցով, և արդյունքում բարձր ակտիվացման էներգիայով մեկ ռեակցիան փոխարինվում է մի քանիով՝ ավելի ցածր ակտիվացման էներգիայով և ավելի բարձր արագությամբ.

CO + 1/2O 2 = CO 2 (կատալիզատոր - ջրային գոլորշի):

Քիմիական արդյունաբերության մեջ լայնորեն կիրառվում է տարասեռ կատալիզը։ Ներկայումս այս արդյունաբերության կողմից արտադրվող արտադրանքի մեծ մասը ստացվում է տարասեռ կատալիզի միջոցով: Տարասեռ կատալիզում ռեակցիան տեղի է ունենում կատալիզատորի մակերեսին։ Դրանից բխում է, որ կատալիզատորի ակտիվությունը կախված է նրա մակերեսի չափից և հատկություններից։ Մեծ («զարգացած») մակերես ունենալու համար կատալիզատորը պետք է ունենա ծակոտկեն կառուցվածք կամ լինի խիստ տրորված (բարձր ցրված) վիճակում։ Գործնական կիրառություններում կատալիզատորը սովորաբար կիրառվում է ծակոտկեն կառուցվածք ունեցող կրիչի վրա (պեմզա, ասբեստ և այլն):

Ինչպես միատարր կատալիզի դեպքում, տարասեռ կատալիզի դեպքում ռեակցիան ընթանում է ակտիվ միջանկյալ նյութերի միջոցով։ Բայց այստեղ այդ միացությունները կատալիզատորի մակերեսային միացություններ են՝ արձագանքող նյութերի հետ։ Անցնելով այս միջանկյալ նյութերի մի շարք փուլերի միջով, ռեակցիան ավարտվում է վերջնական արտադրանքի ձևավորմամբ, և արդյունքում կատալիզատորը չի սպառվում:

Բոլոր կատալիտիկ տարասեռ ռեակցիաները ներառում են ադսորբցիայի և կլանման փուլերը:

Մակերեւույթի կատալիտիկ ազդեցությունը կրճատվում է երկու գործոնի՝ միջերեսի կոնցենտրացիայի ավելացում և ներծծվող մոլեկուլների ակտիվացում:

Տարասեռ կատալիզի օրինակներ.

2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (կատալիզատոր - MnO 2,);

H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O (կատալիզատոր - պլատին):

Կենսաբանական համակարգերում կատալիզը շատ կարևոր դեր է խաղում: Մարսողական համակարգում, արյան մեջ և կենդանիների և մարդկանց բջիջներում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը կատալիտիկ ռեակցիաներ են: Կատալիզատորները, որոնք այս դեպքում կոչվում են ֆերմենտներ, պարզ կամ բարդ սպիտակուցներ են: Այսպիսով, թուքը պարունակում է պտյալին ֆերմենտը, որը կատալիզացնում է օսլայի վերածումը շաքարի։ Ստամոքսում հայտնաբերված ֆերմենտը` պեպսինը, կատալիզացնում է սպիտակուցների քայքայումը: Մարդու մարմնում կա մոտ 30000 տարբեր ֆերմենտ, որոնցից յուրաքանչյուրը ծառայում է որպես համապատասխան ռեակցիայի արդյունավետ կատալիզատոր։

Միջնակարգ դպրոցի IX-X դասարաններում շարունակում են գաղափարներ ձևակերպել քիմիական ռեակցիաների արագության, քիմիական փոխակերպումների արագության վրա տարբեր գործոնների ազդեցության մասին, ընդլայնել և խորացնել գիտելիքները կատալիզի և կատալիզատորների մասին և որոշակի պատկերացումներ տալ կատալիտիկ մեխանիզմի մասին։ երեւույթներ.

«Ալկալիական մետաղներ» թեմայում, ցույց տալով փորձեր, ինչպիսիք են նատրիումի փոխազդեցությունը ջրի և աղաթթվի հետ, կալիումի և նատրիումի փոխազդեցությունը ջրի հետ, ուսուցիչը շեշտում է, որ այդ ռեակցիաներից մի քանիսը նույն պայմաններում ընթանում են ավելի արագ, քան մյուսները: Օրինակ, նատրիումը ավելի ուժեղ է արձագանքում աղաթթվի հետ, քան ջրի հետ; Կալիումը ջրի հետ ավելի ուժեղ է արձագանքում, քան նատրիումը: Քլորի մեջ նատրիումի, պղնձի, անտիմոնի, ջրածնի և օրգանական նյութերի այրման փորձերից հետո հարցեր կարող են տրվել , բայց հաստ լարը չի՞։ Այս դեպքերում նյութերի փոխազդեցության տարբերությունը բացատրվում է կա՛մ իրենց նյութերի բնույթով և ատոմների կառուցվածքով, կա՛մ այլ շփման մակերեսով։

Նույն թեմայում, երբ ուսանողներին ծանոթացնում ենք աղաթթվի հատկություններին, օգտակար է պարզել, թե ինչու են ժամանակի ընթացքում արագանում այս թթվի և մետաղների (ցինկ, մագնեզիում) ռեակցիաները։ Արագացումը կախված է, մասնավորապես, նրանից, որ այդ ռեակցիաների ժամանակ մեծ քանակությամբ ջերմություն է արտազատվում, և նյութերի տաքացման հետ փոխազդեցության արագությունը մեծանում է։

Օգտագործելով ալյումինի և յոդի ռեակցիայի օրինակը, արժե հիշել, թե ինչ է կատալիզատորը և ցույց տալ, որ ջուրը կարող է կատալիզատոր լինել: Յոդի և ալյումինի փոշիների խառնուրդը կույտի մեջ լցնում են ասբեստի ցանցի վրա և ավելացնում մի քանի կաթիլ ջուր: Ջրի ազդեցության տակ նյութերի փոխազդեցությունը արագանում է, և բոց է բռնկվում։ Ուսուցիչը ուշադրություն է հրավիրում այն ​​փաստի վրա, որ ճենապակյա գավաթից ցանցի վրա չթափված խառնուրդի մեջ բռնկում չի առաջացել, բայց այն կարող է առաջանալ որոշ ժամանակ անց և առանց ջրի:

Հարկ է նշել, որ ջուրը ոչ միայն արագացնում է ալյումինի փոխազդեցությունը յոդի հետ, այլ նաև կատալիտիկ դեր է կատարում բազմաթիվ քիմիական գործընթացներում։ Շատ կարևոր է ջրի կատալիտիկ ազդեցությունը տեխնոլոգիայում օգտագործվող տարբեր գազերի այրման ժամանակ։

Ջրածնի պերօքսիդի հատկությունները դիտարկելիս նշվում է, որ ջրածնի պերօքսիդը շատ փխրուն նյութ է: Ապակե տարաներում պահվելիս այն դանդաղորեն քայքայվում է՝ ազատելով ջերմություն.

2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 կկալ

Ուսուցիչը խնդրում է ուսանողներին թվարկել այն պայմանները, որոնք արագացնում են ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը: Նրանք կարող են

նշեք այս դեպքում՝ 1) տաքացում, 2) կատալիզատորների գործողություն, 3) լուծույթի կոնցենտրացիայի ավելացում։ Կարելի է ավելացնել, որ ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը նույնպես ավելի արագ է տեղի ունենում լույսի ներքո, դա կարող է հաստատվել արտադասարանական գործունեության փորձով: Լցնել ջրածնի պերօքսիդը երկու կոլբայի մեջ, որոնք ամրացված են կրպակներում և փակել դրանք գազի ելքի խողովակներով խցաններով: Խողովակները տեղադրեք շրջված բալոնների կամ ջրով լցված փորձանոթների տակ և իջեցրեք ջրով լայն անոթի մեջ: Կոլբայներից մեկը փաթաթեք սև թղթի մեջ։ Տեղադրեք սարքերը արևոտ պատուհանի մեջ կամ լուսավորեք դրանք 75-100 Վ լարման էլեկտրական լամպով։ Փորձը ցույց կտա ջրածնի պերօքսիդի արագ տարրալուծումը լույսի ազդեցության տակ:

Այնուհետև դասի ընթացքում սովորողները ինքնուրույն ուսումնասիրում են կատալիզատորների ազդեցության տակ ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման արագության փոփոխությունը։ Աշխատանքի համար ձեզ տրվում է ջրածնի պերօքսիդի, մանգանի երկօքսիդի, խտացված աղաթթվի 3-5% լուծույթ, բեկոր, ձագար, ֆիլտր թուղթ և մի քանի փորձանոթ:

Քվեստներ 1) Ստուգեք, թե արդյոք ջրածնի պերօքսիդը քայքայվում է ստացված լուծույթում: 2) Օգտագործելով մանգանի երկօքսիդ, արագացնել ջրածնի պերօքսիդի քայքայման ռեակցիան. 3) Ապացուցեք, որ մանգանի երկօքսիդը քիմիապես չի փոխվել ռեակցիայի արդյունքում * 4) Ապացուցել, որ մանգանի երկօքսիդը, որն արդեն օգտագործվում է որպես կատալիզատոր, կարող է կրկին արագացնել ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը։

* (Փորձեք աղաթթվով, երբ տաքացվում է:)

Անկախ աշխատանքն ավարտելուց հետո ուսուցիչը ցույց է տալիս, որ տարբեր կատալիզատորներ կարող են օգտագործվել նույն քիմիական ռեակցիան արագացնելու համար, և որ անօրգանական նյութի (ջրածնի պերօքսիդ) տարրալուծումը արագանում է օրգանական կատալիզատորների՝ ֆերմենտների միջոցով: Փոքր բաժակի մեջ լցնում են ջրածնի պերօքսիդի 3%-անոց լուծույթ, ապա մեջը դնում են հում մսի մի փոքրիկ կտոր։ Թթվածինն ինտենսիվորեն ազատվում է լուծույթից, քանի որ կենդանիների արյունը և հյուսվածքները պարունակում են կատալազ ֆերմենտ: Պետք է ընդգծել, որ ֆերմենտները բնական ռեակցիայի հիանալի արագացուցիչներ են։ Ապագա քիմիայի կարևոր խնդիրներից է կատալիզատորների արհեստական ​​արտադրությունը և արդյունաբերական օգտագործումը, որոնք իրենց կազմով և կատալիտիկ հատկություններով նման կլինեն ֆերմենտներին:

Բացատրելու համար, թե ինչու է ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումն ավելի արագ, երբ պահվում է ապակե տարաներում, կատարվում է փորձ։ Երեք փորձանոթների մեջ լցնում են ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ, մեկին ավելացնում են ծծմբաթթվի լուծույթ, մյուսին ավելացնում կաուստիկ սոդա, իսկ երրորդը թողնում են համեմատության (հսկիչ լուծույթ)։ Երեք լուծույթներն էլ տաքացվում են (ոչ եռման): Ջրածնի պերօքսիդի և նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթներով փորձանոթից թթվածն ուժեղ կթողարկվի, ավելի քիչ՝ հսկիչ լուծույթով փորձանոթից: Ծծմբաթթվի (ջրածնի իոնների) առկայության դեպքում ջրածնի պերօքսիդը չի քայքայվում։ OH իոնները կատալիզացնում են ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման գործընթացը, հետևաբար, ապակե տարայի մեջ, որի պատերը լուծույթի մեջ բաց են թողնում հիդրօքսիլ իոնները, ջրածնի պերօքսիդը հեշտությամբ քայքայվում է։

Շարունակվում է քիմիական ռեակցիաների արագության մասին գիտելիքների համախմբումն ու զարգացումը։ Ծծմբի երկօքսիդի և թթվածնի խառնուրդն առանց կատալիզատորի տաքացվող ապակե խողովակի միջով անցկացնելով՝ ուսուցիչը ցույց է տալիս, որ այս պայմաններում ծծմբի անհիդրիդի առաջացումը նկատելի չէ, և ուսանողներին հարցնում է, թե ինչպես կարելի է արագացնել գազերի փոխազդեցությունը: Զրույցի ընթացքում պարզվում է, որ ռեակցիաների արագացման այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են ռեագենտների կոնցենտրացիաների ավելացումը, ջերմաստիճանի բարձրացումը, առանց կատալիզատորի օգտագործման, անհրաժեշտ արդյունքներ չեն տալիս։ Ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացման ռեակցիան ծծմբի երկօքսիդին շրջելի է.

2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,

իսկ ջերմաստիճանի բարձրացումը արագացնում է ծծմբի անհիդրիդի տարրալուծումը ավելի մեծ չափով, քան դրա առաջացումը։

Նրանք ստուգում են, թե արդյոք երկաթի օքսիդը կատալիզատոր կլինի ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացման ռեակցիայի համար: Երկաթի օքսիդի առկայության դեպքում ծծմբի երկօքսիդի կոնտակտային օքսիդացումը ծծմբային անհիդրիդում ցուցադրելիս նկատվում է ծծմբի անհիդրիդի առաջացում՝ օդում գոլորշիանալով։ Այնուհետև պարզվում է, որ ռեակցիայի արդյունքում երկաթի օքսիդը քիմիապես չի փոխվել։ Դա անելու համար կրկնում ենք ծծմբի երկօքսիդի կոնտակտային օքսիդացման փորձը ծծմբի անհիդրիդ՝ երկաթի օքսիդի նույն մասով: Այնուհետև նշվում է, որ տարբեր կատալիզատորներ կարող են օգտագործվել ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացումն արագացնելու համար: Բացի երկաթի օքսիդից, պլատինը օգտագործվել է քիմիական արդյունաբերության մեջ, իսկ այժմ օգտագործվում է վանադիումի պենտօքսիդ V 2 O 5 *:

* (Ներկայումս օգտագործվող վանադիումի կատալիզատորն ունի բարդ բաղադրություն (տես՝ Դ. Ա. Էպշտեյն. Քիմիայի ուսուցիչ քիմիական տեխնոլոգիայի մասին, Մ., ՌՍՖՍՀ ԳԱ հրատարակչություն, 1961 թ.)։)

Կարևոր է նաև ընդգծել կատալիզատորի հատկությունը՝ արագացնելով ռեակցիան՝ չազդելով դրա շրջելիության վրա. ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացման ռեակցիան ծծմբի երկօքսիդի մեջ մնում է շրջելի, նույնիսկ եթե կատալիզատոր է օգտագործվում:

Ծծմբաթթվի արտադրության կոնտակտային մեթոդն ուսումնասիրելիս անհրաժեշտ է հաշվի առնել կատալիզատորի օգտագործումը արդյունաբերության մեջ։ Առանց կատալիզատորի, ծծմբի անհիդրիդի մեծ քանակությամբ արագ արտադրությունն անհնար կլիներ, սակայն դրա օգտագործումը որոշակի լրացուցիչ պահանջներ է դնում գործընթացի պայմանների վրա: Փաստն այն է, որ ռեակտիվներում առկա կեղտերը բացասաբար են ազդում կատալիզատորի վրա: Արսենի եռօքսիդը բացասաբար է ազդում վանադիումի կատալիզատորի վրա, ինչպես ասում են՝ «թունավորում» է այն։ Հետևաբար, անհրաժեշտ է արձագանքող գազերի մանրակրկիտ մաքրում կեղտից:

Եթե ​​ուսանողների մոտ հարց է առաջանում, թե ինչու է թունավորվել կատալիզատորը, ուսուցիչը նախ բացատրում է դրա գործողությունը՝ օգտագործելով միջանկյալ միացությունների առաջացման տեսությունը, այնուհետև դիտարկում է կեղտերի թունավոր ազդեցությունը:

Կատալիզատորի օգնությամբ ռեակցիաների արագացումը տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ այն ելակետային նյութերի հետ առաջացնում է թույլ միացություններ, այնուհետև նորից ազատ է արձակվում։ Այս ռեակցիաները շատ ավելի արագ են ընթանում, քան ծծմբի երկօքսիդի և թթվածնի ռեակցիան: Եթե ​​գազերի խառնուրդը պարունակում է կեղտեր, որոնք մտնում են կատալիզատորի հետ անդառնալի ռեակցիաների մեջ, ապա տեղի է ունենում դրա թունավորումը։ Չնայած գազերի մանրակրկիտ մաքրմանը, ծծմբաթթվի արտադրության մեջ օգտագործվող կատալիզատորների ակտիվությունը ժամանակի ընթացքում նվազում է: Դրա «ծերացումը» պայմանավորված է ոչ միայն աստիճանական թունավորմամբ, այլև երկարատև տաքացումով և մեխանիկական ոչնչացմամբ, որոնք փոխում են կատալիզատորի մակերեսի վիճակը։ Կատալիզացված ռեակցիային մասնակցում է ոչ թե կատալիզատորի ամբողջ մակերեսը, այլ միայն նրա կտրված հատվածները՝ ակտիվ կենտրոնները, և այդ կենտրոնների թիվը նվազում է «ծերացման» հետ:

Նախորդ բաժինը ուսումնասիրեց, թե ինչպես պետք է ուսանողներին բացատրել ատոմային կառուցվածքի տեսության լույսի ներքո էներգիայի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիայի առաջացման վրա: Սա հնարավորություն կտա լուծել այն հարցը, թե ինչու են քիմիական ռեակցիաներն արագանում տաքանալիս։ Աշակերտները գիտեն, որ երբ նյութերում ջերմաստիճանը մեծանում է, ակտիվ մոլեկուլների թիվը մեծանում է, մոլեկուլների շարժման արագությունը և դրանց հանդիպումների քանակը մեկ միավոր ժամանակում ավելանում է: Ակտիվ մոլեկուլների ատոմներում էլեկտրոնները տեղափոխվում են ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներ, այդպիսի մոլեկուլները անկայուն են և կարող են ավելի հեշտ արձագանքել այլ նյութերի մոլեկուլների հետ:

Էլեկտրոլիտային տարանջատման տեսությունն օգնում է բացատրել, թե ինչու են թթուների, աղերի և հիմքերի լուծույթների միջև ռեակցիաները տեղի ունենում գրեթե ակնթարթորեն: Այս նյութերի լուծույթներն արդեն պարունակում են ակտիվ մասնիկներ՝ հակառակ լիցքավորված իոններ։ Հետևաբար, թթուների, աղերի և հիմքերի ջրային լուծույթների միջև ռեակցիաները շատ արագ են ընթանում և զգալիորեն տարբերվում են միևնույն նյութերի ռեակցիաներից, որոնք ընդունվել են չոր տեսքով:

Դաս սկսելով «Քիմիական ռեակցիայի արագություն» թեմայով, ուսուցիչը հիշեցնում է, որ քիմիական ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ տարբեր արագություններով, ուսումնասիրելով դրա վրա ազդող պայմանները.

Ինչպե՞ս կարող եք չափել քիմիական ռեակցիայի արագությունը:

Ուսանողները արդեն գիտեն, որ քիմիական փոխակերպման արագությունը կարելի է դատել նյութի քանակով, որը արձագանքել է կամ առաջացել է որոշակի ժամանակում, որ մեխանիկական շարժման արագությունը չափվում է այն ճանապարհով, որով մարմինը անցնում է մեկ միավոր ժամանակում. Այս արագությունը հաշվարկելու համար օգտագործեք բանաձևը

որտեղ v-ն արագությունն է, S-ը՝ ուղին, t-ը՝ ժամանակը:

Հաշվի առնելով դա՝ ուսանողները անալոգիայով գրում են քիմիական ռեակցիայի արագությունը հաշվարկելու բանաձև

որտեղ m-ն այն նյութի քանակն է, որը մտել է ռեակցիայի մեջ կամ ստացվել է դրա արդյունքում t ժամանակի ընթացքում։

Մտածեք, թե որն է այս բանաձեւի թերությունը: Պարզվում է, որ այն օգտագործելիս ռեակցիայի հաշվարկված արագությունը տարբեր կլինի նույնիսկ նույն պայմաններում վերցված նույն նյութի երկու բաժինների համար։

Ենթադրենք, որ անոթում ամեն վայրկյան քայքայվում է 15 գ նյութ։ Ստացվում է, որ երբ այս անոթի մեջ մտցվում է միջնորմ, որը 1:2 հարաբերակցությամբ իր մեջ եղած նյութը կբաժանի երկու մասի, առաջին (ավելի փոքր) մասում ռեակցիան ընթանալու է 5 գ/վ արագությամբ։ , իսկ երկրորդում՝ 10 գ/վրկ։

Որպեսզի հաշվարկված արագությունը բնութագրի ռեակցիան ինքնին, և ոչ թե սկզբնական նյութի չափը, անհրաժեշտ է հաշվի առնել ռեակտիվ նյութի զանգվածի փոփոխությունը մեկ ծավալով, այսինքն՝ կոնցենտրացիայի փոփոխությունը: ռեակտիվ. Այսպիսով, քիմիական ռեակցիայի արագությունը կարող է հաշվարկվել բանաձևով.

v=c 0 -c t /t

որտեղ c 0-ը արձագանքող նյութերից որևէ մեկի սկզբնական կոնցենտրացիան է, c t-ն նույն նյութի կոնցենտրացիան t վայրկյանից հետո: Արագությունը հաշվարկելիս կոնցենտրացիան սովորաբար արտահայտվում է մոլերով մեկ լիտրով, իսկ ժամանակը վայրկյաններով:

Այս դասը կենտրոնանում է քիմիական ռեակցիաների արագացման ամենակարևոր ուղիների վրա: Այդ նպատակով կատարվում է լաբորատոր փորձ, որը ցույց է տալիս, որ քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիայից։

Փորձի համար օգտագործվում են հետևյալ սարքավորումները, որոնք տեղադրված են ուսանողների սեղաններին. երկաթի քլորիդի լուծույթ, իսկ երրորդը `դատարկ; 2) տափաշիշ կամ բաժակ ջուր. 3) երկու միանման ապակե խողովակներ. 4) ապակե ձող.

Ուսուցիչը հրավիրում է ուսանողներին պատրաստվել փորձին. 1) ջուր ավելացնել նատրիումի յոդիդին, որպեսզի ստացվի լուծույթի 1/2 փորձանոթ, և հեղուկը խառնել փայտով, 2) ստացված լուծույթի 1/3-ը լցնել մեկ այլ փորձանոթի մեջ. 3) մեկ այլ փորձանոթի մեջ լցված լուծույթին ավելացնել ջրի լուծույթով, որպեսզի փորձանոթներում նատրիումի յոդիդի (կամ կալիումի յոդիդի) լուծույթների ծավալները լինեն նույնը.

Ուսուցիչը հարցեր է տալիս՝ ստուգելու աշակերտների ըմբռնումը ուղղությունների վերաբերյալ.

1) Քանի՞ անգամ է նատրիումի յոդիդի լուծույթը նոսրացվում երկրորդ փորձանոթում:

2) Քանի՞ անգամ է աղի կոնցենտրացիան առաջին փորձանոթում ավելի մեծ, քան երկրորդում:

Նշվում է, որ լուծույթներից մեկի կոնցենտրացիան երկու անգամ գերազանցում է մյուսի կոնցենտրացիան։ Դրանից հետո երկու պատրաստված լուծույթներում երկաթի քլորիդը փոխազդում է նատրիումի յոդիդի հետ, որն ազատում է ազատ յոդ.

2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,

2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2:

Աշակերտները որոշում են, թե որ փորձանոթում է աղերի փոխազդեցության արագությունը ավելի մեծ և ինչ չափանիշներով կարելի է դա դատել: Ենթադրությունը փորձարկված է:

Նախ երկու փորձանոթների մեջ լցնում են հավասար քանակությամբ օսլայի մածուկ (1-2 մլ) նատրիումի յոդիդի (կամ կալիումի յոդիդի) լուծույթներով, ապա խառնելուց հետո մի քանի կաթիլ 5-10% երկաթի քլորիդի լուծույթ։ Ցանկալի է երկաթի քլորիդի լուծույթը միաժամանակ լցնել երկու փորձանոթների մեջ: Կապույտ գույնը ավելի հավանական է երևում ավելի բարձր կոնցենտրացիայի լուծույթով փորձանոթում: Փորձանոթում, որտեղ լուծույթի կոնցենտրացիան ավելի բարձր է, յոդի իոնները ավելի հավանական է հանդիպել երկաթի իոնների հետ և, հետևաբար, ավելի հաճախ փոխազդել նրանց հետ. ռեակցիան ավելի արագ է ընթանում:

Ուսուցիչը ցույց է տալիս օդում ծծմբի այրումը և ուսանողներին հարցնում, թե ինչպես կարելի է արագացնել այս ռեակցիան: Ուսանողները առաջարկում են այրվող ծծումբը դնել թթվածնի մեջ և կատարել այս փորձը: Փորձերի վերլուծության հիման վրա արվում է ընդհանուր եզրակացություն՝ քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիայից (իոնների կամ մոլեկուլների քանակից մեկ միավոր ծավալով)։

Մենք անցնում ենք արձագանքող նյութերի մակերեսի ազդեցության հարցին քիմիական ռեակցիայի արագության վրա: Ուսանողները հիշում են արձագանքող նյութերի խառնուրդն ու մանրացումը. մետաղներ և ծծմբի պիրիտներ ծծմբաթթվի արտադրության մեջ: Ավելի մանրամասն քննարկվում են ծծմբաթթվի արտադրության մեջ պիրիտների այրման պայմանները։ Ծծմբի երկօքսիդ արտադրելու համար օգտագործվում է մանրացված պիրիտը, քանի որ այն ավելի արագ է այրվում, քան մեծ կտորներով վերցված պիրիտը: Փոշոտված պիրիտի այրումը հատկապես արագ է տեղի ունենում, եթե այն դուրս է մղվում օդի հոսքով վարդակից, ինչպես նաև երբ այն այրվում է հեղուկացված անկողնում, երբ պիրիտի կտորների ամբողջ մակերեսը շփվում է օդի հետ:

Պետք է հաշվի առնել, որ խիստ մանրացված դյուրավառ նյութերով քիմիական ռեակցիաները կարող են ուղեկցվել պայթյունով։ Եղել են, օրինակ, շաքարի փոշու պայթյուններ շաքար արտադրող գործարաններում։

Նրանք եզրակացնում են, որ որքան ավելի մանրացված է պինդ նյութը, այնքան ավելի արագ է այն քիմիական ռեակցիայի արագությունը, որին նա մասնակցում է:

Այնուհետև վերլուծվում է ջերմաստիճանի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիայի արագության վրա: Նույն քանակությամբ ծծմբաթթվի լուծույթը լցվում է փորձանոթի մեջ՝ հիպոսուլֆիտի լուծույթի 1/4-ով; Այս փորձին զուգահեռ ջրահեռացվում են հիպոսուլֆիտի և ծծմբաթթվի տաքացված լուծույթները.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S↓

Նշվում է լուծույթների պղտորվելու ժամանակը։ Ուսուցիչը ասում է, որ երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 10 ° C-ով, ռեակցիաների մեծ մասի արագությունը մեծանում է 2-3 անգամ:

Ստացված գիտելիքների հիման վրա ուսանողներին հնարավորություն է տրվում բացատրել նյութերի տաքացման ժամանակ քիմիական ռեակցիաների արագացումը։

Այս դասում նյութերի կատալիտիկ ազդեցության փորձը ցույց տալու կարիք չկա, քանի որ ուսանողները դրան ծանոթացան՝ օգտագործելով ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման և ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացման ռեակցիայի օրինակներ: Նրանք թվարկում են իրենց հայտնի կատալիտիկ ռեակցիաները և տալիս կատալիզի և կատալիզատորի սահմանումներ։

Այս դասում գիտելիքները համախմբելու համար տրվում են հետևյալ հարցերը.

1. Ի՞նչն է որոշում քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Բերեք օրինակներ։
2. Ո՞ր պայմաններում է մեծանում քիմիական ռեակցիայի արագությունը:
3. Ինչպե՞ս կարելի է էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսության լույսի ներքո բացատրել, որ ջրածնի էվոլյուցիան, երբ ցինկը արձագանքում է քացախաթթվի հետ, տեղի է ունենում շատ ավելի դանդաղ, քան երբ ցինկը փոխազդում է աղաթթվի հետ:
4. Ի՞նչ եղանակներով կարող եք արագացնել ցինկի և աղաթթվի միջև ռեակցիան:
5. Ինչու՞ է օդում մխացող բեկորը բռնկվում թթվածնի մեջ:
6. Ձեզ տրվել է երկու փորձանոթ, որոնցում կալցիումի կարբոնատը դանդաղ արձագանքում է աղաթթվի հետ: Փորձեք արագացնել քիմիական ռեակցիան յուրաքանչյուր փորձանոթում` օգտագործելով տարբեր տեխնիկա:
7. Ինչու՞ է քիմիական ռեակցիայի արագությունը մեծանում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:
8. Քիմիական ռեակցիաների արագացման ի՞նչ մեթոդներ են օգտագործվում ծծմբաթթվի արտադրության մեջ.
9. Թվարկեք, թե ձեզ հայտնի քիմիական ռեակցիաները կատալիզատորներով արագանում են:

Ամոնիակի սինթեզի ռեակցիան ուսումնասիրելիս ուսանողները կրկին հանդիպում են կատալիզատորի օգտագործմանը, և կատալիզի և կատալիզատորների մասին նախկինում ձեռք բերված տեղեկատվության համախմբման հետ մեկտեղ այս գիտելիքները կարող են որոշակիորեն զարգացնել:

Ուսուցիչը ուշադրություն է հրավիրում այն ​​փաստի վրա, որ երկու ռեակցիաները՝ ամոնիակի սինթեզը և դրա տարրալուծումը ազոտի և ջրածնի, տեղի են ունենում նույն կատալիզատորի առկայության դեպքում՝ կրճատված երկաթ, որը նույն չափով արագացնում է և՛ առաջ, և՛ հակառակ ռեակցիաները: Հետևաբար, կատալիզատորը չի փոխում քիմիական հավասարակշռությունը, այլ միայն նպաստում է այս վիճակի ավելի արագ հասնելուն: Այս դրույթի վերաբերյալ նրանց ըմբռնումը ստուգելու համար ուսուցիչը նրանց հարցեր է տալիս.

1. Հնարավո՞ր է արտադրության մեջ ամոնիակ արտադրել ազոտի և ջրածնի խառնուրդից բարձր ճնշման և տաքացման պայմաններում, բայց առանց կատալիզատորի: Ինչո՞ւ։
2. Ամոնիակի սինթեզի ռեակցիան արագանում է ջերմության և կատալիզատորի միջոցով։ Ո՞րն է այս պայմանների ազդեցության տարբերությունը քիմիական հավասարակշռության վրա:

Աշակերտներին ծանոթացնելով արտադրության մեջ ամոնիակի սինթեզի հետ՝ ուսուցիչը նշում է, որ կատալիզատորը արագ կորցնում է իր ակտիվությունը, եթե գազերը (ջրածինը և ազոտը) նախ չազատվեն կեղտից: Այս գործընթացում թթվածինը, ջրի գոլորշին, ածխածնի օքսիդը, ջրածնի սուլֆիդը և ծծմբի այլ միացությունները թունավոր ազդեցություն են ունենում։

Ինչպես ծծմբի երկօքսիդի եռօքսիդի կատալիտիկ օքսիդացման դեպքում, ամոնիակի սինթեզի ժամանակ կատալիզատորն իր արագացնող ազդեցությունն իրականացնում է միայն որոշակի ջերմաստիճանի սահմաններում։ 600°C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում երկաթը նվազեցնում է կատալիտիկ ակտիվությունը:

Օգտվելով ամոնիակի սինթեզի օրինակից՝ կարող ենք դիտարկել կատալիզատորի գործողության մեխանիզմը։ Նշվում է, որ երկաթի նիտրիդը ձևավորվում է երկաթի կատալիզատորի մակերեսի վրա.

Ջրածինը փոխազդում է նիտրիդի հետ՝ արտադրելով ամոնիակ.

FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.

Այնուհետեւ գործընթացը կրկնվում է:

Երկաթի նիտրիդների առաջացման և ջրածնի հետ փոխազդեցության ռեակցիաները շատ արագ են ընթանում։

Ամոնիակի օքսիդացման ռեակցիաները ուսումնասիրելիս, թթվածնում ամոնիակի այրման և ամոնիակի կատալիտիկ օքսիդացման վերաբերյալ փորձեր ցուցադրելուց հետո, ուսանողների ուշադրությունը հրավիրվում է այն փաստի վրա, որ այս երկու դեպքերում մեկնարկային նյութերը վերցվել են նույնը, բայց կախված. պայմաններ (կատալիզատորի օգտագործում), ստացվում են տարբեր մթերքներ։

Ամոնիակի օքսիդացում կարող է առաջանալ տարբեր նյութերի ձևավորման դեպքում՝ համաձայն հավասարումների.

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;

4NH 3 + 4O 2 = 2N 2 O + 6H 2 O;

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O:

Կատալիզատորը՝ պլատինը, արագացնում է այս ռեակցիաներից միայն վերջինը։ Հետեւաբար, օգտագործելով կատալիզատոր, հնարավոր է ուղղել ամոնիակի եւ թթվածնի փոխազդեցությունը ցանկալի ուղղությամբ: Սա կիրառություն է գտնում քիմիական արտադրության մեջ ազոտական ​​թթվի արտադրության մեջ:

Քիմիական արտադրության հայեցակարգի ձևավորումը IX դասարանում մեծ հնարավորություններ է ընձեռում ուսանողներին ծանոթացնելու քիմիական գործարաններում քիմիական ռեակցիաների արագության գործնական վերահսկմանը:

Ելնելով նախկինում ուսումնասիրված արտադրության (հիդրոքլորային, ծծմբային, ազոտական ​​թթուներ, ամոնիակ) մասին գիտելիքների ընդհանրացման հիման վրա՝ ուսուցիչը ուսանողների մեջ ձևավորում է արտադրության մեջ քիմիական ռեակցիաների անցկացման լավագույն պայմանների հայեցակարգը. նյութեր, մեծացնելով արձագանքող նյութերի շփման մակերեսը և կատալիզատորների օգտագործումը։ Դրանից հետո յուրաքանչյուր պայմանի օգտագործումը սահմանափակող հանգամանքները պարզելու համար ուսանողներին տրվում է հարցը. Նրանք պարզում են, որ ուժեղ տաքացումը կարող է քիմիական հավասարակշռությունը տեղափոխել անցանկալի ուղղությամբ, իսկ կատալիզատոր օգտագործելու դեպքում՝ նվազեցնել դրա ակտիվությունը։ Սա հաշվի առնելով՝ արտադրության մեջ օգտագործվում են ոչ թե առավելագույն, այլ օպտիմալ ջերմաստիճաններ։

Նույն կերպ վերլուծվում են արտադրության մեջ քիմիական ռեակցիաների անցկացման այլ պայմաններ։

Քիմիայի նոր փաստական ​​նյութի ուսումնասիրությունը IX-X դասարաններում օգտագործվում է քիմիական ռեակցիաների արագության մասին գիտելիքների հետագա համախմբման համար:

Սպիտակ ֆոսֆորի հատկությունները ուսումնասիրելիս ուսուցիչն ասում է, որ մթության մեջ սպիտակ ֆոսֆորի փայլը խոսում է օդում նրա դանդաղ օքսիդացման մասին: Հաջորդը, մենք դիտարկում ենք, թե ինչ պայմաններում կարող է արագացնել սպիտակ ֆոսֆորի օքսիդացումը: Ջեռուցումը, ֆոսֆորի ջախջախումը և թթվածնի օգտագործումը իրականում արագացնում են ֆոսֆորի օքսիդացումը՝ առաջացնելով դրա բռնկում։

Ուսանողները օգտագործում են գիտելիքները քիմիական գործընթացների արագացման ուղիների մասին՝ կանխատեսելու սուպերֆոսֆատի առաջացման պայմանները: Նրանք ասում են, որ երրորդային կալցիումի ֆոսֆատի և ծծմբաթթվի միջև ռեակցիան կարելի է արագացնել տաքացնելով, կալցիումի ֆոսֆատը մանրացնելով, խառնելով և ծծմբաթթվի կոնցենտրացիան ավելացնելով։ Ուսուցիչը, ամփոփելով ասվածը, ավելացնում է, որ ներս

Այս արտադրության մեջ իսկապես օգտագործվում է ջեռուցում, բայց դրա համար նրանք օգտագործում են բուն ռեակցիայի ընթացքում թողարկված ջերմությունը, երբ մանրացված երրորդական կալցիումի ֆոսֆատը մանրակրկիտ խառնվում է ծծմբաթթվի հետ:

Երբ ուսանողները ուսումնասիրում են օրգանական նյութեր, ուսանողները հանդիպում են բազմաթիվ գործընթացների, որոնք ներառում են կատալիզատորների մասնակցությունը, օրինակ՝ ավիացիոն բենզինի, կաուչուկի և անուշաբույր ածխաջրածինների արտադրությունը:

Կարելի է դիտարկել ծծմբաթթվի դերը էթիլենի խոնավացման գործում։ Ծծմբաթթվի առկայության դեպքում էթիլենին ջուր ավելացնելու դանդաղ ռեակցիայի փոխարեն (C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) արագորեն տեղի են ունենում հետևյալ գործընթացները մեկը մյուսի հետևից. 1) ծծմբաթթուն ավելացնում է էթիլենը. , առաջացնելով ծծմբային էթիլ եթեր.

2) էթիլային ծծմբի եթերը ենթարկվում է սապոնացման՝ առաջացնելով էթիլային սպիրտ և ծծմբաթթու։

Ալկոհոլը թորելուց հետո ծծմբաթթուն հայտնվում է նույն քանակությամբ, սակայն այն մասնակցել է միջանկյալ արտադրանքի ձևավորմանը։ Ուսանողները իրենց տնային առաջադրանքը կատարելիս ինքնուրույն ուսումնասիրում են ծծմբաթթվի կատալիտիկ գործողության այլ օրինակներ (էթիլենի և էթիլային եթերի առաջացում էթիլային սպիրտից):

Նույն նյութերը միևնույն կատալիզատորով, բայց տարբեր ջերմաստիճաններում, արձագանքում են՝ ձևավորելով տարբեր արտադրանք: Սա պետք է ընդգծել ալկոհոլի հատկություններին ծանոթանալիս:

Ածխածնի օքսիդի փոխազդեցությունը ջրածնի հետ ցույց է տալիս, որ տարբեր կատալիզատորներ օգտագործելով՝ նույն նյութերից կարելի է տարբեր օրգանական արտադրանքներ ստանալ։ Այս փոխազդեցությունը կարող է հանգեցնել մեթիլ ալկոհոլի, ածխաջրածինների կամ ավելի բարձր սպիրտների առաջացման: Նյութերի փոխազդեցության ցանկալի ուղղությունը ձեռք է բերվում կատալիզատորի օգտագործմամբ, որն արագացնում է համապատասխան ռեակցիան, բայց էական ազդեցություն չի ունենում մյուսների վրա։ Մեթիլ սպիրտի առաջացման ռեակցիան արագացնելու համար որպես կատալիզատոր օգտագործվում է քրոմի օքսիդների և ցինկի օքսիդի խառնուրդ։

Գիտելիքը ընդհանրացնելու համար ածխաջրածիններն ու թթվածին պարունակող օրգանական միացություններն ուսումնասիրելուց հետո ուսանողներին առաջարկվում է ինքնուրույն աշխատել դասարանում կամ տանը. դասագրքի այս և այն հատվածից ընտրել կատալիտիկ ռեակցիաների բոլոր դեպքերը, և յուրաքանչյուր ուսանողի տրվում է միայն այդպիսին: դասագրքի նյութի մի մասը , որը նա կարող է դիտել հատկացված ժամանակում :

Օրգանական նյութերի արտադրության արդյունաբերական մեթոդները վերլուծելիս օգտակար է ուսանողների ուշադրությունը հրավիրել այն փաստի վրա, որ քիմիական ռեակցիաների արագությունը վերահսկելու համար օգտագործվում են նույն տեխնիկան, որն օգտագործվում է անօրգանական նյութերի արտադրության մեջ:

13. Պարբերական օրենք Դ.Ի. Մենդելեևը։ Տարրերի տարբեր հատկությունների փոփոխությունների պարբերականությունը (իոնացման պոտենցիալ, էլեկտրոնային կապեր, ատոմային շառավիղներ և այլն)

14. Հիմնական և երկրորդական ենթախմբերի տարրերի քիմիական հատկությունների նմանություններն ու տարբերությունները՝ կապված ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի հետ:

15. Քիմիական կապ. Քիմիական կապերի տեսակները. Կապի էներգետիկ և երկրաչափական բնութագրերը

16. Քիմիական կապերի բնույթը. Էներգիայի ազդեցությունը քիմիական կապի ձևավորման գործընթացում

17. Արևի մեթոդի հիմնական սկզբունքները. Կովալենտային կապի ձևավորման փոխանակման և դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմներ

18. Տարրերի ատոմների վալենտային հնարավորությունները գրունտային և գրգռված վիճակներում

20. Կովալենտային կապերի հագեցվածություն. Վալենտության հայեցակարգը.

21. Կովալենտային կապի բևեռականություն. Հիբրիդացման տեսություն. Հիբրիդացման տեսակները. Օրինակներ.

22. Կովալենտային կապի բևեռականություն. Դիպոլի պահ.

23. Բոլոր մեթոդի առավելություններն ու թերությունները.

24. Մոլեկուլային օրբիտալների մեթոդ. Հիմնական հասկացություններ.

26. Իոնային կապը որպես կովալենտ բևեռային կապի սահմանափակող դեպք: Իոնային կապերի հատկությունները. Իոնային կապերով միացությունների բյուրեղային ցանցերի հիմնական տեսակները.

27. Մետաղական միացում. Առանձնահատկություններ. Գոտի տեսության տարրեր՝ մետաղական կապի առանձնահատկությունները բացատրելու համար։

28. Միջմոլեկուլային փոխազդեցություն. Կողմնորոշման, ինդուկցիոն և ցրման էֆեկտներ:

29. Ջրածնային կապ.

30. Բյուրեղյա վանդակաճաղերի հիմնական տեսակները. Յուրաքանչյուր տեսակի առանձնահատկությունները.

31. Ջերմաքիմիայի օրենքներ. Հետևություններ Հեսսի օրենքներից.

32. Համակարգի ներքին էներգիա հասկացությունը, էնթալպիա և էնտրոպիա

33. Գիբսի էներգիան, նրա կապը էնթալպիայի և էնտրոպիայի հետ: Գիբսի էներգիայի փոփոխություն ինքնաբուխ գործընթացներում:

34. Քիմիական ռեակցիաների արագությունը. Զանգվածի գործողության օրենքը համասեռ և տարասեռ ռեակցիաների համար: Փոխարժեքի հաստատունի էությունը. Ռեակցիայի կարգը և մոլեկուլյարությունը:

35. Քիմիական ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոններ

36. Ջերմաստիճանի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիաների արագության վրա. Վան Հոֆի կանոնը. Ակտիվացման էներգիա. Արրենիուսի հավասարումը.

37. Տարասեռ ռեակցիաների ընթացքի առանձնահատկությունները. Դիֆուզիայի ազդեցությունը և նյութի դիսկրետության աստիճանը:

38. Կատալիզատորի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիաների արագության վրա. Կատալիզատորի ազդեցության պատճառները.

39. Հետադարձելի գործընթացներ. Քիմիական հավասարակշռություն. Հավասարակշռության հաստատուն.

41. Լուծման որոշում. Ֆիզիկաքիմիական գործընթացները լուծույթների առաջացման ժամանակ. Էնթալպիայի և էնտրոպիայի փոփոխություններ տարրալուծման ժամանակ:

42. Լուծումների կոնցենտրացիայի արտահայտման եղանակներ.

43. Ռաուլտի օրենքը

44. Օսմոզ. Օսմոտիկ ճնշում. Վան Հոֆի օրենքը.

45. Էլեկտրոլիտային լուծույթներ. Ուժեղ և թույլ էլեկտրոլիտներ. Էլեկտրոլիտային տարանջատման աստիճանը. Իզոտոնիկ գործակից.

47. Ռեակցիան էլեկտրոլիտային լուծույթներում, դրանց ուղղությունը. Իոնային հավասարակշռության տեղաշարժ.

48. Ջրի իոնային արտադրանք. Ջրածնի ինդեքսը որպես լուծույթի քիմիական հատկանիշ:

49. Տարասեռ հավասարակշռություն էլեկտրոլիտային լուծույթներում: Լուծելիության արտադրանք

50. Աղերի հիդրոլիզը, դրա կախվածությունը ջերմաստիճանից, նոսրացումից և աղերի բնույթից (երեք բնորոշ դեպք). Հիդրոլիզի հաստատուն: Գործնական նշանակությունը մետաղների կորոզիայի գործընթացներում.

51. Քիմիական հավասարակշռություն մետաղ-լուծույթի միջերեսում: Էլեկտրական երկշերտ. Հնարավոր թռիչք. Ջրածնի տեղեկատու էլեկտրոդ: Էլեկտրոդի ստանդարտ պոտենցիալների մի շարք:

52. Էլեկտրոդային ներուժի կախվածությունը նյութերի բնույթից, լուծույթի ջերմաստիճանից և կոնցենտրացիայից: Ներնստի բանաձեւը.

53. Գալվանական բջիջներ. Գործընթացներ էլեկտրոդների վրա. Էմֆ գալվանական բջիջի.

56. Լուծույթների և հալվածքների էլեկտրոլիզ. Էլեկտրոդային գործընթացների հաջորդականությունը. Գերլարում և բևեռացում:

57. Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների և ալկալիների հետ.

58. Մետաղների կոռոզիան աղի լուծույթներում.

59. Էլեկտրոլիզի կիրառումը արդյունաբերության մեջ.

61. Կոռոզիայի դեմ պայքարի մեթոդներ.

38. Կատալիզատորի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիաների արագության վրա. Կատալիզատորի ազդեցության պատճառները.

Այն նյութերը, որոնք չեն սպառվում ռեակցիայի արդյունքում, բայց ազդում են դրա արագության վրա, կոչվում են կատալիզատորներ։ Կատալիզատորները, որոնք նվազեցնում են ռեակցիայի արագությունը, կոչվում են ինհիբիտորներ: Քիմիական ռեակցիաների վրա կատալիզատորների ազդեցությունը կոչվում է կատալիզ .

39. Հետադարձելի գործընթացներ. Քիմիական հավասարակշռություն. Հավասարակշռության հաստատուն.

Կատալիզացիայի էությունն այն է, որ կատալիզատորի առկայության դեպքում փոխվում է այն ուղին, որով ընթանում է ընդհանուր ռեակցիան, ձևավորվում են այլ անցումային վիճակներ տարբեր ակտիվացման էներգիայով, և, հետևաբար, փոխվում է նաև քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Տարբերում են միատարր և տարասեռ կատալիզներ։ Տարասեռ կատալիզում ռեակցիան տեղի է ունենում կատալիզատորի մակերեսին։ Դրանից բխում է, որ կատալիզատորի ակտիվությունը կախված է նրա մակերեսի չափից և հատկություններից։ Մեծ մակերես ունենալու համար կատալիզատորը պետք է ունենա ծակոտկեն կառուցվածք կամ լինի խիստ մասնատված վիճակում։ Կատալիզատորներն առանձնանում են ընտրողականությամբ՝ նրանք ընտրողաբար են գործում գործընթացների վրա՝ դրանք ուղղելով որոշակի ուղղությամբ։ Բացասական կատալիզը օգտագործվում է կոռոզիայից դանդաղեցնելու համար:Ռեակցիաները, որոնք ընթանում են միայն մեկ ուղղությամբ և ավարտվում են սկզբնական ռեակտիվների ամբողջական փոխակերպմամբ վերջնական նյութերի, կոչվում են. . անշրջելի.

Հետադարձելի ռեակցիաները չեն ավարտվում. ռեակտիվներից ոչ մեկն ամբողջությամբ չի սպառվում: Շրջելի պրոցեսներ. սկզբում սկզբնական նյութերը խառնելիս առաջընթաց ռեակցիայի արագությունը բարձր է, իսկ հակադարձ ռեակցիայի արագությունը՝ զրո։ Երբ ռեակցիան ընթանում է, սկզբնական նյութերը սպառվում են, և դրանց կոնցենտրացիան նվազում է, ինչի հետևանքով նվազում է ռեակցիայի արագությունը:<10-6). В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в наиболее подвижной фазе. Катализатор не влияет на константу равновесия. Он может только ускорить наступление равновесия. K=e^(-ΔG/RT).

Միևնույն ժամանակ հայտնվում են ռեակցիայի արտադրանքները, որոնց կոնցենտրացիան մեծանում է, և, համապատասխանաբար, մեծանում է հակադարձ ռեակցիայի արագությունը։ Երբ առաջադիմական և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասարվում են, տեղի է ունենում քիմիական հավասարակշռություն: Այն կոչվում է դինամիկ հավասարակշռություն, քանի որ տեղի են ունենում առաջ և հակադարձ ռեակցիաներ, բայց նույն արագությունների պատճառով համակարգում փոփոխությունները նկատելի չեն։.

Քիմիական հավասարակշռության քանակական բնութագիրն այն արժեքն է, որը կոչվում է քիմիական հավասարակշռության հաստատուն: Հավասարակշռության ժամանակ առաջընթաց և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասար են, մինչդեռ համակարգում հաստատվում են սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների մշտական ​​կոնցենտրացիաներ, որոնք կոչվում են հավասարակշռության կոնցենտրացիաներ: 2CO + O 2 = 2CO 2-ի համար հավասարակշռության հաստատունը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով հավասարումը. Ռեակցիայի արդյունքը ստացված նյութի քանակի հարաբերակցությունն է այն քանակությանը, որը կստացվեր, եթե ռեակցիան ավարտվեր։ K>>1 ռեակցիայի ելքը բարձր է, Կ

40. Տարբեր գործոնների ազդեցությունը հավասարակշռության տեղաշարժի վրա. Le Chatelier-ի սկզբունքըԵթե ​​համակարգը գտնվում է հավասարակշռության մեջ, ապա այն կմնա դրանում այնքան ժամանակ, քանի դեռ արտաքին պայմանները մշտական ​​են:

Հավասարակշռության վրա ազդող ցանկացած պայմանների փոփոխման գործընթացը կոչվում է հավասարակշռության փոփոխություն: Le սկզբունքը

Եթե ​​սիստ. գտնել. հավասարակշռության մեջ արտաքին ազդեցություն գործադրել, ապա փոփոխության համակարգը։

այնպես, որ փոխհատուցվի այդ ազդեցությունը։

Կատալիզատորները նյութեր են, որոնք կարող են արագացնել քիմիական ռեակցիան, սակայն կատալիզատորներն իրենք չեն սպառվում քիմիական ռեակցիայի ժամանակ: Հաստատվել է, որ կատալիզատորները փոխում են քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմը։ Այս դեպքում առաջանում են այլ, նոր անցումային վիճակներ, որոնք բնութագրվում են ավելի ցածր էներգետիկ արգելքի բարձրությամբ։ Այսպիսով, կատալիզատորի ազդեցության տակ այն նվազում է

գործընթացի ակտիվացման էներգիան (նկ. 3): Միջանկյալ մասնիկների հետ տարբեր տեսակի փոխազդեցությունների մեջ մտնելով՝ կատալիզատորները ռեակցիայի վերջում մնում են անփոփոխ քանակությամբ։ Կատալիզատորները գործում են միայն թերմոդինամիկորեն թույլատրված ռեակցիաների վրա։ Կատալիզատորը չի կարող ռեակցիա առաջացնել, քանի որ չի ազդում նրա շարժիչ ուժերի վրա: Կատալիզատորը չի ազդում քիմիական հավասարակշռության հաստատունի վրա, քանի որ հավասարապես նվազեցնում է ինչպես առաջ, այնպես էլ հետադարձ ռեակցիաների ակտիվացման էներգիան:

Նկ.3 A + B = AB ռեակցիայի էներգետիկ դիագրամ ա) առանց կատալիզատորի և բ) կատալիզատորի առկայության դեպքում. Ea-ն ոչ կատալիտիկ ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան է. Ea 1 և Ea 2 - կատալիտիկ ռեակցիայի ակտիվացման էներգիա; AA-ն կատալիզատորի միջանկյալ ռեակտիվ միացությունն է ռեակտիվներից մեկի հետ; A...K, AK...B – կատալիտիկ ռեակցիայի ակտիվացված համալիրներ; A…B - ոչ կատալիտիկ ռեակցիայի ակտիվացված համալիր; ∆E կատու. - կատալիզատորի ազդեցության տակ ակտիվացման էներգիայի նվազում:

Տարբերում են միատարր և տարասեռ կատալիզներ։ Առաջին դեպքում կատալիզատորը ռեագենտների հետ նույն փուլում է, իսկ երկրորդում՝ կատալիզատորը պինդ նյութ է, որի մակերեսին տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիա ռեագենտների միջև։

Քիմիական հավասարակշռություն

Քիմիական ռեակցիաները սովորաբար բաժանվում են շրջելի և անշրջելի: Անդառնալի քիմիական ռեակցիաները շարունակվում են այնքան ժամանակ, մինչև սկզբնական նյութերից առնվազն մեկը ամբողջությամբ սպառվի, այսինքն. Ռեակցիայի արտադրանքները կամ ընդհանրապես չեն փոխազդում միմյանց հետ, կամ ձևավորում են սկզբնականներից տարբերվող նյութեր։ Նման արձագանքները շատ քիչ են։ Օրինակ.

2KClO 3 (TV) = 2KCl (TV) + 3O 2 (գ)

Էլեկտրոլիտային լուծույթներում գործնականում անշրջելի են համարվում այն ​​ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում տեղումների, գազերի և թույլ էլեկտրոլիտների (ջուր, բարդ միացություններ) առաջացմամբ։

Քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը շրջելի են, այսինքն. նրանք գնում են և՛ առաջ, և՛ հետ: Դա հնարավոր է դառնում, երբ ուղղակի և հակադարձ պրոցեսների ակտիվացման էներգիաները մի փոքր տարբերվում են միմյանցից, և ռեակցիայի արտադրանքները կարողանում են վերածվել սկզբնական նյութերի: Օրինակ, HI սինթեզի ռեակցիան սովորաբար շրջելի ռեակցիա է.

H 2(g) +I 2(g) ⇄ 2HI (գ)

Զանգվածի գործողության օրենքը (ռեակցիայի արագության արտահայտությունը) համապատասխանաբար ուղիղ և հակադարձ գործընթացների համար կունենա հետևյալ ձևը՝ = ∙ ; = 2

Ժամանակի ինչ-որ պահի վիճակ է առաջանում, երբ առաջընթաց և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասարվում են = (նկ. 4):

Նկ. 4 Ժամանակի ընթացքում առաջ (և հակադարձ (ռեակցիաների) արագությունների փոփոխություն t

Այս վիճակը կոչվում է քիմիական հավասարակշռություն: Այն ունի դինամիկ (շարժական) բնույթ և կարող է տեղաշարժվել այս կամ այն ​​ուղղությամբ՝ կախված արտաքին պայմանների փոփոխություններից։ Հավասարակշռության պահից սկսած մշտական ​​արտաքին պայմաններում սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արգասիքների կոնցենտրացիաները ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում։ Հավասարակշռության վիճակին համապատասխանող ռեագենտների կոնցենտրացիաները կոչվում են հավասարակշռություն. Ռեագենտի հավասարակշռության կոնցենտրացիան որոշելու համար անհրաժեշտ է նրա սկզբնական կոնցենտրացիայից հանել նյութի քանակությունը, որն արձագանքել է մինչև հավասարակշռության վիճակի առաջացումը. ՀԵՏ հավասար = C նշվ. - ՀԵՏ պրո-ռեակտոր. Ռեակտիվների թիվը, որոնք մտել են ռեակցիա և առաջացել դրանցից արտադրանքների հավասարակշռության պահին, համաչափ է ռեակցիայի հավասարման ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին։

Հավասարակշռության վիճակը մշտական ​​արտաքին պայմաններում կարող է գոյություն ունենալ անորոշ ժամանակով: Հավասարակշռված վիճակում

∙ = [ 2 , որտեղից / [= 2 / ∙ .

Մշտական ​​ջերմաստիճանում առաջընթաց և հակադարձ գործընթացների արագության հաստատունները հաստատուն արժեքներ են:

Երկու հաստատունների հարաբերությունը նույնպես K= / հաստատունի արժեքն է և կոչվում է քիմիական հավասարակշռության հաստատուն. Դա կարող է արտահայտվել

կա՛մ ռեակտիվների կոնցենտրացիաների միջոցով = , կա՛մ դրանց մասնակի ճնշումների միջոցով , եթե ռեակցիան տեղի է ունենում գազերի մասնակցությամբ։

Ընդհանուր դեպքում, aA+bB+ …⇄cC+dD+ ռեակցիայի համար …քիմիական հավասարակշռության հաստատունը հավասար է ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիաների արտադրանքի հարաբերակցությանը սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալին հավասար հզորություններով. նրանց ստոյխիոմետրիկ գործակիցները.

Քիմիական հավասարակշռության հաստատունը կախված չէ գործընթացի ուղուց և որոշում է դրա առաջացման խորությունը մինչև հավասարակշռության վիճակի հասնելը: Որքան մեծ է այս արժեքը, այնքան մեծ է ռեակտիվների փոխակերպման աստիճանը արտադրանքի:

Քիմիական հավասարակշռության հաստատունը, ինչպես նաև ռեակցիայի արագության հաստատունները, միայն արձագանքող նյութերի ջերմաստիճանի և բնույթի ֆունկցիաներ են և կախված չեն դրանց կոնցենտրացիայից։

Տարասեռ գործընթացների դեպքում պինդ մարմինների կոնցենտրացիան ներառված չէ ռեակցիայի արագության և քիմիական հավասարակշռության հաստատունի արտահայտման մեջ, քանի որ ռեակցիան տեղի է ունենում պինդ փուլի մակերեսի վրա, որի կոնցենտրացիան ժամանակի ընթացքում մնում է անփոփոխ։ Օրինակ, ռեակցիայի համար.

FeO (ներ) + CO (գ) ⇄ Fe (ներ) + CO 2 (գ)

Հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունը կլինի.

K p-ն և K c-ը կապված են հարաբերությամբ Կ էջ = Կ գ (RT) ∆ n, որտեղn=n շարունակ. -n հումք – խալերի քանակի փոփոխություն գազայիննյութեր ռեակցիայի ընթացքում. Այս ռեակցիայի համար K p = K c, քանի որ գազային նյութերի n-ը զրո է:

Ինչու են կատալիզատորները մեծացնում քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Պարզվում է, որ նրանք գործում են ժողովրդական իմաստնությամբ. «Խելացի մարդը սար չի բարձրանա, խելացի մարդը սարի շուրջը կշրջի»։ Որպեսզի նյութերը սկսեն փոխազդել, դրանց մասնիկներին (մոլեկուլներին, ատոմներին, իոններին) անհրաժեշտ է որոշակի էներգիա տալ, որը կոչվում է ակտիվացման էներգիա (նկ. 13, ա): Կատալիզատորները նվազեցնում են այս էներգիան՝ միանալով արձագանքող նյութերից մեկի հետ և այն շարժելով «էներգետիկ լեռան» երկայնքով՝ հանդիպելով ավելի քիչ էներգիա ունեցող մեկ այլ նյութի: Հետևաբար, կատալիզատորի առկայության դեպքում քիմիական ռեակցիաներն ընթանում են ոչ միայն ավելի արագ, այլև ավելի ցածր ջերմաստիճանում, ինչը նվազեցնում է արտադրական գործընթացների արժեքը։

Բրինձ. 13.
Պայմանական (ա) և ընտրովի (բ) կատալիզատորի օգտագործմամբ կատալիտիկ ռեակցիաների էներգետիկ դիագրամներ

Եվ ոչ միայն. Կատալիզատորների օգտագործումը կարող է հանգեցնել նրան, որ միևնույն նյութերը տարբեր կերպ են արձագանքում, այսինքն՝ տարբեր արտադրանքների ձևավորումով (նկ. 13, բ): Օրինակ, ամոնիակը թթվածնով օքսիդացվում է ազոտի և ջրի, իսկ կատալիզատորի առկայության դեպքում՝ ազոտի օքսիդի (II) և ջրի (գրեք ռեակցիայի հավասարումները և հաշվի առեք օքսիդացման և նվազեցման գործընթացները):

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը կամ այն ​​ուղին փոխելու գործընթացը կոչվում է կատալիզ: Ինչպես ռեակցիաները, կան կատալիզի միատարր և տարասեռ տեսակներ։ Երբ օգտագործվում են ֆերմենտներ, կատալիզը կոչվում է ֆերմենտային: Կատալիզների այս տեսակը մարդուն հայտնի է եղել հին ժամանակներից։ Օրգանական նյութերի ֆերմենտային տրոհման շնորհիվ մարդը սովորեց հաց թխել, գարեջուր եփել, գինի ու պանիր պատրաստել (նկ. 14):

Բրինձ. 14.
Հնագույն ժամանակներից մարդն օգտագործել է կատալիզը, որն առաջանում է հաց թխելու, գարեջուր եփելու, գինի պատրաստելու, պանիր պատրաստելիս։

Առօրյա կյանքում ամենատարածված ֆերմենտները լվացքի փոշիներում հայտնաբերված ֆերմենտներն են: Դրանք թույլ են տալիս մաքրել լվացքի բծերը և տհաճ հոտը լվանալու ընթացքում:

Եկեք ավելի սերտ նայենք կատալիզատորներին՝ օգտագործելով քիմիական փորձը:

Ջրածնի պերօքսիդը (առօրյա կյանքում այն ​​հաճախ կոչվում է ջրածնի պերօքսիդ) անհրաժեշտ դեղամիջոց է ցանկացած տնային բժշկության կաբինետում (նկ. 15):

Բրինձ. 15.
Ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ

Այս դեղի փաթեթավորման վրա պետք է նշվի պիտանելիության ժամկետը, քանի որ այն քայքայվում է պահպանման ընթացքում.

Սակայն նորմալ պայմաններում այս պրոցեսն այնքան դանդաղ է ընթանում, որ մենք չենք նկատում թթվածնի արտազատում, և միայն բացելով շիշը, որի մեջ երկար ժամանակ պահպանվել է ջրածնի պերօքսիդը, կարող ենք նկատել, թե ինչպես է դրանից մի քիչ գազ արտազատվում։ Ինչպե՞ս արագացնել այս գործընթացը: Անցկացնենք լաբորատոր փորձ.

Լաբորատոր փորձ թիվ 9 Ջրածնի պերօքսիդի քայքայումը մանգանի (IV) օքսիդի միջոցով

Թիվ 10 լաբորատոր փորձ
Սննդամթերքի մեջ կատալազի հայտնաբերում

Կատալիզատորները ոչ միայն ավելի խնայողություն են դարձնում արտադրական գործընթացները, այլև զգալի ներդրում ունեն շրջակա միջավայրի պահպանության գործում: Այսպիսով, ժամանակակից մարդատար մեքենաները հագեցված են կատալիտիկ սարքով, որի ներսում կան կերամիկական բջջային կատալիզատորներ (պլատին և ռոդիում): Անցնելով դրանց միջով՝ վնասակար նյութերը (ածխածնի օքսիդներ, ազոտի օքսիդներ, չայրված բենզին) վերածվում են ածխաթթու գազի, ազոտի և ջրի (նկ. 16)։

Բրինձ. 16.
Ավտոմեքենայի կատալիտիկ փոխարկիչ, որն իր արտանետվող գազերից ազոտի օքսիդները վերածում է անվնաս ազոտի։

Այնուամենայնիվ, քիմիական ռեակցիաների համար կարևոր են ոչ միայն ռեակցիան արագացնող կատալիզատորները, այլև նյութերը, որոնք կարող են դանդաղեցնել դրանք։ Նման նյութերը կոչվում են ինհիբիտորներ: Առավել հայտնի են մետաղների կոռոզիայի արգելակիչները:

Թիվ 11 լաբորատոր փորձ
Թթուների փոխազդեցության արգելակումը մետաղների հետ մեթենամինի հետ

Սովորական մարդու բառապաշարում հաճախ հանդիպում են բառեր, որոնք փոխառված են քիմիայից։ Օրինակ՝ հակաօքսիդանտներ կամ հակաօքսիդանտներ։ Ի՞նչ նյութեր են կոչվում հակաօքսիդանտներ: Հավանաբար նկատել եք, որ եթե կարագը երկար պահեք, այն փոխում է գույնը, համը և տհաճ հոտ է ստանում՝ օդում օքսիդանում է։ Սննդամթերքի փչացումը կանխելու համար դրանց մեջ հակաօքսիդանտներ են ավելացվում։ Նրանք կարևոր դեր են խաղում նաև մարդու առողջության պահպանման գործում, քանի որ օրգանիզմում տեղի են ունենում նաև անցանկալի օքսիդացման պրոցեսներ, ինչի հետևանքով մարդը հիվանդանում է, հոգնում և ավելի արագ ծերանում։ Մարդու մարմինը հակաօքսիդանտներ է ստանում՝ օգտագործելով, օրինակ, կարոտին (վիտամին A) և վիտամին E պարունակող մթերքներ (նկ. 17):

Բրինձ. 17.
Հակաօքսիդանտներ՝ a - β-կարոտին; b - վիտամին E

Այսպիսով, քիմիական ռեակցիայի արագությունը կարելի է վերահսկել կատալիզատորների և ինհիբիտորների օգնությամբ, ջերմաստիճանի փոփոխությունները, արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիան, ճնշումը (գազային միատարր ռեակցիաների համար) և արձագանքող նյութերի շփման տարածքը (տարասեռ գործընթացների համար) . Եվ իհարկե, քիմիական ռեակցիաների արագությունը կախված է ռեակտիվների բնույթից:

Նոր բառեր և հասկացություններ

1. Կատալիզատորներ.
2. Ֆերմենտներ.
3. Կատալիզ (միատարր, տարասեռ, ֆերմենտային):
4. Ինհիբիտորներ.
5. Հակաօքսիդանտներ.

Անկախ աշխատանքի առաջադրանքներ

1. Որոնք են կատալիզատորները: Ի՞նչ դեր են խաղում դրանք քիմիական ռեակցիաներում: Ինչու են կատալիզատորները արագացնում քիմիական ռեակցիաները:
2. Ի՞նչ դեր է խաղացել ֆերմենտային կատալիզը մարդկային քաղաքակրթության պատմության մեջ:
3. Պատրաստել զեկույց ժամանակակից արտադրության մեջ կատալիզատորների դերի մասին:
4. Պատրաստել զեկույց ժամանակակից արտադրության մեջ արգելակիչների դերի մասին:
5. Պատրաստել զեկույց հակաօքսիդանտների դերի մասին բժշկության և սննդի արդյունաբերության մեջ: