دانلود مقاله سینتیک

نام فرآیندهایی که در جهان هستی در حال انجام شدن می‌باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند.

گستره ای از علم شیمی که مربوط به سرعت واکنش های شیمیائی می باشد، سینتیک شیمیائی نام دارد.

سینتیک شیمیائی با سرعت انجام یک فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و کار دارد.

اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه کنیم در اثر گذشت زمان، واکنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند.

برخی کند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.

نکته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند.

بسیاری از واکنش های خودبخودی آنچنان کند می باشند که شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند.

مانند: نکته: خودبخودی بودن واکنش بحثی است ترمودینامیکی و ترمودینامیک با تعیین سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی است.

وقوع واکنش را بررسی می کند، در حالی که سینتیک دوباره چگونگی تبدیل آن‌ها به یک دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن واکنش را بررسی می کند.

نکته: سینتیک تابع مسیر است.

سرعت یا شتاب یک فرآیند عبارت است از تغییر یک کمیت معین در یک زمان معین.

حال این کمیت معین می‌تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.

همچنان که در علم فیزیک سرعت یک متحرک را با تغییرات جابه‌جائی متحرک در تغییرات واحد زمان.

بیان می کنیم در علم شیمی نیز به دنبال یک کمیت مستقیم تا در واحد زمان تغییر کند.

از آنجائی که در حین یک واکنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یک واکنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یک واکنش گر و یا یک فرآورده در واحد زمان.

مثلاً در واکنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب کنیم.

(در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی که سرعت یک واکنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می کند.

همچون علم فیزیک به بیان سرعت متوسط واکنش می پردازیم یعنی ) حرف R از کلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.

غلظت A در t1 – غلظت A در t2 T2-t1 توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر حرف یونانی (دلتا)‌به معنای تغییر یک کمیت اندازه گیری شده است.

نکته : سرعت در لحظه های مختلف واکنش با یکدیگر تفاوت دارد.

به عبارتی سرعت یک واکنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی که غلظت واکنشگرها رو به کاهش می‌گذارد کم می گردد.

سرعت یک واکنش کمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.

توجه گردد که عبارت ‌یک عبارت منفی است.

زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن ‌از غلظت اول A کوچکتر است و از آنجائی که در علم شیمی سرعت منفی معنا ندارد بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت: به عبارتی ‌سرعت را با بیان یک علامت منفی برای واکنش دهنده (ها) بیان می کنیم.

بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود: پرسش: تغییرهای سرعت واکنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟

1) سرعت واکنش در ابتدا کم است و در نزدیک پایان زیاد می شود.

2) در تمام مدت سرعت واکنش ثابت است.

3) سرعت واکنش در ابتدا زیاد و در نزدیک پایان کم می گردد.

4) با پیشرفت زمان سرعت واکنش به طور منظم افزایش می یابد.

نکته : انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واکنش کند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات کاغذی یک کتاب از واحدهای نظیر روز – هفته – ماه وسال استفاده می شود.

در این بحث بیشتر از واحد ثانیه استفاده می گردد.

بنابراین سرعت واحدهای مختلفی دارد.

نکته : انواع واحدهای سرعت 1- واحد mol/s یا mol/min 2- واحد mol/lit/s یا mol/lit/min یا M/S 3- واحد lit/s که بیشتر برای گازها استفاده می شود.

پرسش: در یک آزمایش 08/0 مول N2 را در ظرف یک لیتری قرار داده تا با هیدروژن واکنش دهد.

و مطابق واکنش زیر آمونیاک تشکیل گردد.

اگر در دقیقه های چهارم و هشتم پس از شروع واکنش مقدار N2 باقیمانده در ظرف 04/0 و 02/0 مول باشد سرعت متوسط مصرف N2 در فاصله زمانی دقیقه های چهارم و هشتم برابر است با : 1) 3-10*5 2) 2-10*1 3) 2-10*2 4) 3-10*5/2 نکته: زمانی که سرعت واکنش بر حسب mol/s باشد آن را به صورت نمایش می دهند و زمانی که سرعت واکنش برحسب مول بر لیتر بر ثانیه باشد آن را به صورت نمایش می دهند.

نکته 5: پرسش: 23/0 گرم سدیم در مدت 100 ثانیه در آب حل می شود، سرعت متوسط مصرف مولهای سدیم برحسب ثانیه کدام است؟

23=Na 1) 2-10*1 2) 4-10*1 3) 3-10*5/2 4) 3-10*3/2 پرسش: اگر غلظت یکی از مواد در واکنش در مدت 25 ثانیه از 05/0 مول در لیتر به 025/0 مول بر لیتر کاهش یابد، سرعت متوسط آن واکنش در مدت زمان گفته شده برحسب، مول بر ثانیه کدام است؟

1) 4-10*1 2) 3-10*5/2 3) 2-10*5 4) 3-10*1 نکته 6: پرسش: واکنش روبرو در یک ظرف 2 لیتری در حال انجام شدن است.

اگر در مدت 10 ثانیه مقدار No2 به 4/0 مول افزایش یابد، سرعت متوسط تشکیل No2 برحسب 1-mol.s و 1-M.S متر کدامند؟

1) 04/0-02/0 2) 02/0-02/0 3) 04/0-04/0 4) 02/0-04/0 بررسی نمودار غلظت زمان در واکنش با توجه به این که غلظت مواد اولیه رو به کاهش و غلظت مواد حاصل رو به افزایش است با گذشت زمان می توان رسم نمود: در رسم نمودار دقت کنید مصرف یا تولید نسبی هر ماده در یک بازه زمانی متناسب با ضریب استوکیدمتری آن ماده دو معادله موازنه شده است.

پرسش: مطلوب است سرعت واکنش مصرف در فاصله زمانی 10 تا 20 ثانیه 1) 01/0 2) 02/0 3) 1/0 4) 2/0 نکته 7 : بسیار مهم: نکته 8: پرسش : در واکنش کدام گزینه صحیح است؟

1) 2RB=3RD 2) 3RB=2RD 3) RB=RD 4) 2RB=RD پرسش: در واکنش اگر سرعت مصرف H2 برابر 1-6mol.s باشد.

سرعت تولید آمونیاک بر حسب 1-mol.s کدام است؟

1) 6 2) 3 3) 4 4) 1 نکته 9: پرسش: در واکنش سرعت تشکیل یا از بین رفتن کدام ماده از بقیه مواد کمتر است؟

1) H2 2) 3) Fe 4) نکته 10: هر چه ضرایب استوکیومتری یک جزء شرکت کننده در واکنش بیشتر باشد به آن معناست که شیب نمودار غلظت زمان (سرعت) آن واکنش بیشتر است.

مثلا نمودار واکنش شیب خط منفی نشان مصرف است و شیب خط مثبت نشانه تولید است.

نکته : بلورها توانایی زیادی برای جذب سطحی مواد گازی شکل دارند مانند جذب بخار آب موجود در هوا در این واکنش با اجزاء جامد.

البته با کوبیدن این دو جامد در هاون سطح تماس مناسب برقرار شده همراه با جذب سطحی بخار آب موجود در هوا پرسش : در یک ارلن 100 میلی لیتر محلول 2 مولار دی نیتروژن پنتا اکسید دوتترا کلرید کربن قرار داده شده است تا مطابق واکنش زیر تجزیه گردد.

پراز 5 دقیقه دیده شد که غلظت به 98/1 مولار کاهش یافته است، سرعت متوسط تجزیه و سرعت تشکیل No2 برحسب کدام می باشند؟

1) 004/0 ، 008/0 2) 008/0 ، 004/0 3) 008/0، 02/0 4) 02/0-04/0 عوامل مؤثر بر سرعت واکنش: عوامل مؤثر بر سرعت متعدد می باشند ولی 5 عامل آن که قابل بررسی می باشند عبارتند از: طبیعت واکنش دهنده ها 2- حالت فیزیکی 3- غلظت 4- دما 5- کاتالیزور از بین این 5 عامل عامل شماره یک از دیگر عوامل مهمتر است.

طبیعت واکنش دهنده ها: جرقه در مخلوطی از H2 و o2 سبب می شود که واکنش انفجاری شدید تولید آب رخ دهد ولی همین جرقه در مخلوط N2 و H2 جهت تولید آمونیاک بی اثر است.

بنابراین طبیعت واکنش اول بسیار متفاوت تر از طبیعت واکنش دوم است.

بنابراین نوع مواد شرکت کننده در واکنش بسیار مهم است.

سؤال ؟

سرعت کدام واکنش زیر بیشتر است و چرا؟

پرسش: واکنش کدام عنصر زیر با آب شدیدتر است؟

1) Na 2) K 3) Rb 4) Cs حالت فیزیکی مواد: همچنان که می دانید ماده می تواند به 3 حالت فیزیکی جامد – مایع و گاز باشد – از آنجا که برای انجام واکنش باید واکنش دهنده ها مخلوط شوند تا در مجاورت یکدیگر قرار گیرند.

بنابراین واکنش میان مواد گوناگون در فازهایی که چنین شرایطی را فراهم می آورند، سریع تر خواهد بود – مثلا تمام مواد واکنش دهنده اما اگر میان یک گاز و یک جامد رخ دهد فقط سطح تماس ماده جامد (مرز میان دو فاز) در این واکنش مؤثر است و بنابراین ماده جامد باعث ایجاد افزایش سطح تماس می‌شود.

کدام واکنش زیر سریع تر است؟

نکته: هر چه واکنش دهنده ترک بیشتری داشته باشند برخوردها و سرعت واکنش نیز بیشتر می گردد.

فاز جامد (فاز مایع (فاز گازی: سرعت واکنش) 3- غلظت: غلظت یک واکنشگر در سرعت آن ماده اثر بسیار مهمی دارد.

3- غلظت: غلظت یک واکنشگر در سرعت آن ماده اثر بسیار مهمی دارد.

این عبارت که چگونگی وابستگی سرعت را با غلظت بیان می دارد قانون سرعت نامیده می شود.

مثلاً واکنش زیر را در نظر بگیرید.

با فرض این که واکنش برگشت رخ نمی دهد.

قانون سرعت یا معادله سرعت که وابستگی سرعت به غلظت را می رساند چنین نگارش می گردد.

معادله درست = K ثابت سرعت است و m و n مرتبه واکنش بترتیب نسبت به No2 و H2 نامیده می شوند و بایستی از راه تجربه یا به عبارتی انجام آزمایش تعیین گردند.

K نیز کمیتی است تجربی، مقدار n یا m می تواند یک عدد صحیح (و یا صفر) و حتی اعشاری باشد البته می تواند صفر نیز باشد (مقدار m و n ) چنین واکنشی را مرتبه صفر گویند.

و به جمع توانهای m و n مرتبه نسبت به کل واکنش گویند.

نکته 11: نکته 12: نکته 13: مثال: با توجه به واکنش و آزمایش زیر که بصورت جدول در چند آزمایش آمده است معادله سرعت را نوشته و مرتبه واکنش را تعیین کنید.

تمرین : با توجه به جدول زیر در واکنش معادله سرعت را نوشته و مرتبه کل واکنش را بدست آورید.

4- اثر دما: دما یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر سرعت واکنش های شیمیائی است، عموماً افزایش دما با افزایش سرعت واکنش همراه است.

البته بعد از آنکه طریقه انجام واکنش و ارتباط دادن با سرعت شرح داده شد نکاتی راجع به دما برای شما می‌آوریم.

مثلاً در واکنش فلز منزیم با آب : هر چه دما بیشتر باشد سرعت واکنش نیز بیشتر خواهد شد.

تذکر: در حقیقت با افزایش فشار در واکنش های گازی شکل، جسم مواد واکنش دهنده کم شده و یا به عبارتی غلظت ذرات در واحد حجم افزایش می یابد بنابراین سرعت واکنش نیز زیاد می گردد.

5- اثر کاتالیزور (کاتالیزگرها) موادی هستند که سرعت واکنش را افزایش می دهند.

در پایان واکنش هب شکل اولیه وجود دارند گوئی که دست نخورده اند.

نکاتی راجع به کاتالیزور دارد مبحث بعدی که ساز و کار واکنش شیمیایی است خواهید خواند.

ساز و کار واکنش شیمیائی : یکی از اهداف بنیادین سرعت شیمیایی بررسی مراحل انجام واکنش است، این سدی از واکنش ها، ساز و کار واکنش نامیده می شوند.

برای این منظور از دو نظریه مهم و اساسی که واکنش های شیمیائی را در سطح مولکولی بررسی می نمایند استفاده می شود.

1- نظریه برخورد 2- نظریه حالت گذار هر دو نظریه با این که برخورد بین ذره های واکنش دهنده را بررسی می نمایند ولی تفاوت های بنیادی با یکدیگر دارند.

(هر دو نظریه امروزه معتبرند) نظریه برخورد: مطابق این نظریه باید جهت انجام یک واکنش بین ذره های واکنش دهنده برخوردی صورت گیرد.

این برخوردها باید 3 ویژگی داشته باشد.

1- تعداد برخورد 2- جهت برخورد 3- انرژی ذرات هنگام برخورد 1- تعداد برخورد: بر طبق نظریه برخورد بایدبین ذره ها واکنش دهنده که بصورت کره های سخت در نظر گرفته می شوند، برخورد صورت گیرد و هر چه تعداد برخورد بیشتر باشد سرعت واکنش نیز بیشتر است.

تعداد برخورد به تعداد ذرات واکنش دهنده در واحد حجم یعنی (غلظت ) بستگی دارد.

نکته: اگر غلظت دو ماده واکنش دهنده به ترتیب m و n برابر شود، تعداد برخورد آن‌ها در حجم و زمان معین mn برابر خواهد شد.

2- جهت گیری مناسب مولکولهای برخورد کننده : هر برخوردی منجر به انجام واکنش نمی‌شود مگر آنکه آن برخورد جهت مناسب داشته باشد.

مثلا در واکنش برخورد بین اتم cl با اتم cl در مولکول رخ می دهد و یا برخورد بین اتم cl در مولکول ، ناگفته پیداست که برخورد بین اتم cl با اتم cl در مولکول کارا و مؤثر است و دارای جهت مناسب می‌باشد.

و منجر به انجام واکنش می شود.

برخورد بین اتم cl با اکسیژن مولکول کارا و مؤثر نیست.

سؤال در واکنش برخوردهای کارا و غیر کارا را بررسی نمائید؟

3- انرژی ذرات هنگام برخورد: اگر برخورد رخ دهد و جهت مناسب داشته باشد در صورتی منجر به انجام واکنش می شود که دارای انرژی کافی نیز باشد.

بسیاری از برخوردها در محیط واکنش یا دارای جهت نامناسبی می باشند و یا انرژی لازم برای انجام واکنش ندارند.

به طور کلی جهت شروع هر واکنش شیمیایی به حداقلی از انرژی نیاز است.

مثلاً برای پرتاب یک توپ و گذر از آن از یک بلندی (مانند یک تپه) و رسیدن به دیگر نقطه مقابل در آن طرف بلندی نیاز به یک حداقل انرژی می باشد.

اگر این حداقل انرژی نباشد توپ به نقطه مقصد نمی رسد.

به این حداقل انرژی لازم برای شروع یک واکنش شیمیایی انرژی فعالسازی یا اکتیواسیون می گویند.

نکته 14: نظریه حالت گذار: در نظریه حالت گذار برخی از نارساهایی نظریه برخورد بر طرف شده است.

نکته 15: مثلا واکنش گازی را در نظر بگیرید.

جهت تشکیل فرآورده HI ابتدا باید مولکولهای برخورد نمایند.

در این زمان پیوندهای مواد اولیه دچار دگرگونی می شوند.

بواقع پیوندهای اولیه تا حدودی ضعیف و سست می شوند .

در این حالت پیوندهای جدیدی که منجر به تولید مواد محصول می شوند در حال تشکیل می باشند و این مورد خود به تولید یک گونه پیچیده مولکولی فعال می انجامد که به آن کمپلکس فعال یا پیچیده فعال گویند.

سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها را می توان به صورت زیر نشان داد.

Ea انرژی فعالسازی واکنش برگشت است و Ea انرژی فعالسازی واکنش رفت.

تفکر کنید؟

در این واکنش چیست؟

کدام واکنش سریع تر است رفت یا برگشت؟

این واکنش گرماده است یا گرماگیر؟

بررسی انواع واکنش ها از لحاظ آثار گرمایی: 1- واکنش گرماده (گرمازا) : واکنش هایی هستند که در ضمن انجام شدن آنها انرژی گرمایی آزاد می شود.

در این دسته از واکنش ها سطح انرژی مواد اولیه بالاتر از سطح انرژی مواد حاصل است.

مثلا در واکنش Ea انرژی فعالسازی واکنش رفت Ea …………..برگشت (اگر واکنش را معکوس در نظر بگیریم) : آنتالپی واکنش با توجه به منحنی می توان نکات زیر را بدست آورد.

1- انرژی فعالسازی رفت کوچکتر از برگشت است بنابراین واکنش رفت بیشتر از برگشت است.

2- برای بدست آوردن داریم: در واکنش های گرمازا و در واکنش گرماگیر است.

3- سطح انرژی مواد حاصل کمتر از سطح انرژی مواد اولیه است.

پرسش: اگر انرژی فعالسازی رفت و برگشت واکنشی به ترتیب kj180 و kj210 باشد واکنش برابر است با: 1) 30 2) 30- 3) 390 4) 390- پرسش: با توجه به نمودار، کدام مطلب درباره واکنش گازی درست است؟

1) انرژی فعالسازی آن در جهت مستقیم بیشتر است.

2) واکنش گرماده و با افزایش محسوس بی نظمی ذرات است.

3) واکنش گرماگیر و با افزایش سطح انرژی ذرات همراه است.

4) آن برابر 1-kgmol226- است.

پرسش: اگر در یک واکنش انرژی فعالسازی رفت برابر kj10 و واکنش به اندازه 150 کیلوژول بر مول انرژی ده باشد، انرژی فعالسازی واکنش برگشت کدام است؟

1) 160- 2) 140- 3) 160 4) 140 2- واکنش های گرماگیر (یا گرماخواه) : واکنش های گرماگیر (یا گرماخواه) : واکنش های هستند که برای انجام شدن آنها نیاز به انرژی گرمایی است.

در این واکنش ها سطح انرژی مواد اولیه پائین تر از مواد حاصل است.

است زیار واکنش برگشت سریع است.

چرا؟

نکته: 16: نکته 17: پرسش: کدام مطلب در مورد انرژی فعالسازی واکنش نادرست است؟

1) از روی تفاوت محتوای انرژی کمپلکس فعال و مواد اولیه مشخص می گردد.

2) عامل مهمی در تعیین سرعت نسبی واکنش ها می باشد.

3) مقدار آن در واکنش رفت، عکس مقدار آن در واکنش برگشت است.

4) هر چه مقدار آن در واکنش بزرگتر باشد، سرعت آن واکنش کمتر است.

با پیشرفت یک واکنش در دمای ثابت کدام تغییر روی می دهد؟

1) انرژی فعالسازی کاهش می یابد 2) برخورد مؤثر بین مولکولها افزایش می یابد.

3) سرعت آن واکنش کاهش می یابد 4) مقدار افزایش می یابد.

نکته 18: شرایط متفاوتی در حجم گازها در این شرایط: پرسش: از اثر Mg بر Hcl در مدت 5 دقیقه 6/5 لیتر گاز هیدروژن در شرایط متعارفی حاصل شده است، سرعت متوسط واکنش برحسب مولهای هیدروژن در دقیقه کدام است؟

1) 2) 3) 4) نکته 19: نکته 20: نکته 21: پرسش : علت اصلی افزایش سرعت واکنش با افزایش دما این است که : 1) مولکولهای در جهت مناسب برخورد قرار می گیرند.

2) انرژی فعالسازی واکنش کاهش می یابد.

3) توانایی مولکولها جهت تشکیل کمپلکس فعال افزایش می یابد.

4) بی نظمی مولکولها در محیط افزایش می یابد.

ساز و کار واکنش های شیمیائی: بررسی جزء به جز مراحل انجام شدن یک واکنش شیمیایی را یا بررسی فرآیند انجام شده در سطح ذره ای ساز و کار واکنش نامیده می شود.

مثلا واکنش زیر را در نظر بگیرید.

شواهد تجربی نشان می دهد که واکنش از طریق ساز و کار دو مرحله ای زیر انجام می گیرد.

مرحله 1: مرحله 2: واکنش کلی از جمع مراحل تشکیل دهنده ساز و کار بدست می آید.

نکته 22: واکنش تک مرحله ای و یا واکنشی که طی آن در یک مرحله فراورده از برخورد مستقیم واکنش بدست آید یک واکنش … نامیده می شود.

یک واکنش کلی اغلب از چند مرحله بنیادی تشکیل شده است.

نکته 23: مثالی دیگر از واکنش چندمرحله ای : کتالیزگرها: موادی هستند که سرعت را زیاد می کنند و در واکنش مصرف نمی‌شوند.

نکته 24 : با این که افزایش دما سرعت واکنش را زیاد می کند به دو دلیل نباید از آن استفاده نمود، این دو دلیل کدامند؟

چگونه یک کاتالیزگر سرعت را افزایش می دهد؟

دو واکنش زیر را در نظر بگیرید.

در غیاب کاتالیزور در این واکنش کند می باشند ولی با حضور کاتالیزور سریع می شوند زیرا کاتالیزور انرژی فعالسازی واکنش را کاهش می دهد.

کته 25: توجه : آنزیم کاتالیزگرهای بیوشیمیایی می باشند.

ضمناً کتالیزگر واکنش انجام ناپذیر را انجام پذیر نمی کند.

نکته : در واکنش بین گاز So2 و گاز o2 کاتالیزگر کدام است؟

این واکنش در دو مرحله رخ می دهد.

کاتالیزگر ممکن است یا ناممکن انواع واکنش های کاتالیزشده: کاتالیزگر ممکن در این واکنش مواد واکنش دهنده و کاتالیزگر در یک فازند.

کاتالیزگر ناممکن: مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در دو فاز جداگانه می باشند.

اصولا واکنش در سطح کاتالیزور رخ می دهد.

دو نوع جذب داریم یکی جذب فیزیکی : در جذب فیزیکی ماده واکنش دهنده با سطح جاذب هیچگونه پیوند شیمیایی ندارد و تنها جاذبه واندروالی (جاذبه بسیار ضعیف) دارد.

و دیگری جذب شیمیائی: در جذب شیمیایی ماده جذب شونده با سطح جاذب پیوند شیمیائی تشکیل می دهد، جذب شیمیائی بسیار قوی تر از جذب فیزیکی است.

چهار مرحله تولید اتان از اتیلن ( صورت نمی گیرد) چرا؟

اتم های هیدروژن و مولکولهای اتن روی سطح کاتالیزگر جذب می شوند.

2- اتن با یک اتم هیدروژن واکنش می دهد و رادیکال را می دهد.

این فعال با سطح کاتالیزگر پیوند می دهد.

3- رادیکال تولیدشده با دومین اتم هیدروژن واکنش می‌دهد و مولکول اتان می دهد.

4- مولکولهای اتان تولید شده از کاتالیزگر جدا می شوند.

نکته 26: جذب مواد محلول در سطح جامد دشوارتر از جذب گاز در سطح جامد است.

زیرا در حالت محلول، حلال ماده حل شونده را از سطح جامد جدا می کند.

تعریف رادیکال: فصل دوم: پیش دانشگاهی 1 تعادل های شیمیائی در محاسبه استوکیومتری فرض کردیم که واکنش ها به طور کامل پیش می روند، یعنی تا هنگامی که یکی از واکنش دهنده ها تمام شود.

رویهمرفته، بسیاری از واکنش ها تا پایان پیش می روند.

اگر یادتان باشد در شیمی 3 با واکنش های خودبخودی آشنا شدید .

به عبارتی عوامل افزایش بی نظمی و کاهش انرژی هم دو در یک طرف واکنش بودند.

حال اگر عامل حداقل انرژی و حداکثر بی نظمی در دو سمت مخالف یک واکنش باشند در این صورت واکنش پیشرفت خوبی فقط به یک سمت ندارد و به عبارتی واکنش به هر دو طرف کشیده می گردد.

در این حالت می گوئیم واکنش برگشت پذیر است.

آشنائی با واکنش های برگشت پذیر مبنای درک واکنش های تعادلی می باشد.

واکنش های که در آن هم واکنش رفت و هم واکنش برگشت به طور همزمان دو طرف واکنش قابل انجام باشد واکنش های برگشت پذیر می گویند.

که اصولاً آنها را با علامت نشان می دهند.

نکته 1: هر واکنش برگشت پذیری تعادلی نیست.

ولی تمام واکنش های تعادلی برگشت پذیرند.

یک نمونه از واکنش های برگشت پذیر جوش خوردن دو جزء No2 به یکدیگر و تولید تترا اکسید دی نیتروژن یک نمونه دیگر از واکنش های برگشت پذیر گرم نمودن نمک آبپوشیده کبالت (II) کلرید که به رنگ ارغوانی بوده و بر اثر گرم شدن و از دست دادن آب، آبی رنگ می شود.

نکته 2: اغلب آب زدایی نمک های آبپوشیده با تغییر رنگ همراه است مانند که دارای شش مولکول آب تبلور است.

نکته 3: اغلب شکل بلور نمک آبپوشیده با نمک کاملاً بی آب متفاوت است مثلا سدیم اورات (عامل بیماری نقرس) دارای بلورهای سوزنی شکل بوده و بر اثر حرارت به صورت بلور کروی تقریباً سیاه رنگ بدست می آید.

نکته 4: اصولا خصلت آبپوشی مربوط به ترکیب های یونی می باشد چند نمونه نمک معروف آبپوشی شده: زاج سبز کات کبود سنگ گچ (زیپس) مفهوم حالت تعادل: اگر در یک واکنش برگشت پذیر سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر باشد، حالت تعادل بوجود می آید.

در این حالت غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد.

از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد.

از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنشگرها و فرآورده ها رخ نمی دهد، شاید به نظر برسد که همه چیز متوقف شده است.

اما این باور درست نیست.

در سطح مولکولی حالتی پویا و دینامیک دارد.

مانند یک کتری کاملاص در بسته که در حال جوش است.

سرعت واکنش تبخیر (واکنش رفت) در ابتدا زیاد است.

واکنش برگشت (میعان) در ابتدا دارای سرعت صفر است.

بعد از گذشت مدتی که غلظت بخار به حد معینی رسید سرعت واکنش رفت یعنی تبخیر کم گشته و سرعت واکنش معیان زیاد می گردد سپس و در زمان مشخصی سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت می شود.

در این حالت تعادل برقرار شده است.

از این لحظه به بعد غلظت مایع و بخار ثابت گشته ولی مرتب مایع به بخار و بخار به مایع تبدیل می شود.

به عبارتی اگر در حالت تعادل فرض شود 8 مولکول به حالت بخار (از حالت مایع) در می آیند دقیقاً n مولکول نیز از حالت بخار به حالت مایع در می آیند.

و بنابراین سرعت واکنش رفت و برگشت برابر می شود.

(البته آنچه که ذکر نمودیم مثالی از یک تعادل فیزیکی بود که جلوتر انواع تعادلها را بررسی خواهیم نمود) بررسی نمودار سرعت – زمان واکنش تعادلی در بررسی واکنش های تعادلی از دستگاهی بنام سرعت سنج استفاده می شود.

این دستگاه سرعت واکنش های رفت و برگشت را به صورت صفر – آهسته – متوسط و سریع نشان می دهد.

انواع تعادل ها: 1- تعادلهای فیزیکی 2- تعادلهای شیمیایی 1- تعادلهای فیزیکی شرایطی است که به دو حالت فیزیکی ماده با سرعت برابر به یکدیگر تبدیل می شود.

تعادل جامد – مایع (انحلال شکر در آب و تولید محلول سیر شده) تعادل جامد – گاز (تصعید ید در ظرف در بسته) تعادل مایع – گاز (جوش آمدن آب در ظرف سربسته) 2- تعادلهای شیمیائی 2-1- تعادلهای شیمیائی همگن 2-2- تعادلهای شیمیائی ناهمگن شرایط تعادل: 1- سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت باشد (اساسی ترین شرط تعادل) 2- خواص درشت مولکولی ثابت ولی خواصی در سطح مولکولی پویا و در حال انجام شدن باشد.

3- سیستم بسته باشد.

4- عواملی چون رنگ، بو، فشار، دما و غلظت در ابتدا تغییر کند سپس در حد معینی ثابت بماند.

زمان این حد معین لحظه رسیدن به تعادل می باشد.

بررسی نمودار غلظت – زمان واکنش تعادلی در ابتدا غلظت A زیاد است ولی غلظت جزء B در لحظه شروع واکنش صفر است ولی با گذشت زمان غلظت جزء A کاهش یافته و غلظت جزء B افزایش می یابد.

در لحظه رسیدن به تعادل غلظت جزء A و B ثابت می گردند.

هر 3 نمودار بالا در واکنش فرضی معتبرند ولی نمودارهای شماره های 2 و 3 کمتر امکان تحقق دارند.

تعادل شیمیائی همگن کاتالیزگر این واکنش است که از واکنش فوق در صنعت جهت تولیداسید سولفوریک به روش مجاورت استفاده می نمایند.

آنچه که در مورد تغییرات غلظت مواد اولیه و حاصل گفته شد در رسیدن به تعادل فوق نیز رخ می دهد.

(غلظت های را قبل از شروع واکنش در مراحل رسیدن به تعادل و در لحظه رسیدن به تعادل بررسی کنید؟) در این حالت می گویند در سامانه تعادل برقرار شده است.

پرسش: کدام گزینه یک خصوصیت ضروری برای تعادل نیست؟

سیستم بسته باشد.

خواصی در سطح مولکولی پویا باشد.

3- سرعت واکنش رفت برابر برگشت باشد.

4- غلظت مواد اولیه و حاصل با یکدیگر برابر باشد.

«تعادل شیمیائی ناهمگن» در تعادل ناهمگن، مواد شرکت کننده در تعادل در فازهای متفاوتی قرار دارند – برای نمونه اگر کلسیم کربنات CaCo3 را در محفظه بسته ای گرم شود تعادل زیر میان این ترکیب و فرآورده های حاصل از تجزیه گرمایی آن برقرار می شود.

« ثابت تعادل » هدف : آشنایی با قانون اثر جرم و شیوه محاسبه ثابت تعادل علم شیمی اساساً علمی است تجربی یعنی بر پایه آزمایش استوار است.

مطرح کردن مفهوم تعادل نمونه ای از این مقوله است.

طبق محاسبات دو شیمیدان نروژی بنام های «گولدبرگ» و «واگ» می توان برای هر واکنش تعادلی ثابتی در نظر گرفت بنام ثابت تعادل K که اگر واکنش تعادلی بصورت در فاز گازی رخ دهد داریم ) d,c,b,a ضرایب معادله موازنه شده اند) کروشه نشان دهنده غلظت گونه هایی شیمیایی در حالت تعادل است و K ثابتی است که به آن ثابت تعادل می گویند.

نکاتی در مورد K ثابت تعادل نکته 5: نکته 6: نکته 7: نکته 8: سوال ؟

در واکنش تعادلی رابطه ثابت تعادل را نوشته و واحد آن را تعیین نمائید؟

تمرین: غلظت تعادل زیر برای واکنش تعادلی زیر داریم: الف ) مقدار k را در این دما حساب نمائید.

جواب : مقدار k در این واکنش ½ است.

ب) مقدار ثابت تعادل را در دمای 100 درجه سانتیگراد برای واکنش محاسبه نمائید.

مقدار در این واکنش 1/k است به عبارتی 2 است.

ج ) مقدار ثابت تعادل را در 100 درجه سانتیگراد برای واکنش زیر محاسبه کنید؟

مطابق تمرین بالای توان نکات زیر را بدست آورد!

نکته 9 : اگر معادله تعادلی وارانه گردد (معکوس گردد) k آن نیز معکوس می شود.

نکته 10: اگر معادله موازنه شده ای در عدد n ضرب ضرب شود.

عبارت تعادل جدید همان عبارت اولیه است که به توان n رسیده باشد بنابراین: نکته 11: اگر دو واکنش با یکدیگر جمع گردند، ثابت تعادل آنها در یکدیگر ضرب می شود.

پرسش: با در دست داشتن معلومات زیر برای دو واکنش الف ، ب (الف (ب مقدار ثابت تعادل واکنش تعادلی در شرایط یکسان کدام است؟

1) 01/100 2) 1000 3) 0001/0 4) 1/0 پاسخ : گزینه 4 پرسش: ثابت تعادل واکنش برابر K1 با ثابت تعادل واکنش برابر k2 چگونه مقایسه می گردد؟

1) 2) 3) 4) پاسخ : 4 چند مثال از محاسبه ثابت تعادل: اگر غلظت مواد واکنش دهنده و فرآورده را در هنگام تعادل داده باشند باید k را نوشت و به جای غلظت ها در فرمول k ،مقدار گذاشت.

پرسش: در تعادل اگر مقدار در حال تعادل ترتیب برابر با 005/0 و 04/0 و 1/0 مول برلیتر باشد، مقدار k واکنش در دمای آزمایش کدام است؟

1) 6/38 2) 40 3) 8/42 4) 50 پاسخ : گزینه 4 نکته: اگر واکنش تعادلی در ظرف a لیتری انجام شود، چون باید در هنگام تعادل غلظت ها بر حسب مول بر لیتر باشد، باید مقدار مواد را به حجم ظرف تقسیم نمود تا غلظت بر حسب مول بر لیتر گردد.

پرسش: مقداری کربنات کلسیم را در ظرفی سربسته 10 لیتری در دمای ثابت قرار می‌دهیم تا تعادل برقرار شود، اگر هنگام تعادل مقدار گاز برابر 5/2 مول باشد ثابت تعادل برابر است با: 1) 5/2 2) 25/0 3) 250 4) 025/0 پاسخ : گزینه 2 پرسش: تعادل در یک ظرف 10 لیتری در دمای ثابت 450 برقرار است هر گاه مقدار مولهای HI موجود و حالت تعادل 2/47 برابر مولهای I2 و تعداد مولهای I2 خود 022/0 برابر تعداد مولهای H2 می باشد، آنگاه ثابت تعادل k کدام است؟

1) 2/47 2) 29 3) 19 4) 49 پاسخ : گزینه چند مثال از محاسبه غلظت های در حال تعادل: اگر غلظت مواد فرآورده در هنگام تعادل بدهند باید غلظت مواد اولیه را در هنگام تعادل محاسبه نمود و برعکس و در فرمول k تعادل قرار داد.

پرسش: مخلوطی از گازهای Co و Cl2 را به نسبت مولی برابر و معین در ظرف سربسته ای تا برقراری تعادل گازی گرم می کنیم، در این حالت برابر 4/0 مول در لیتر است.

اگر مقدار 10=k باشد، غلظت Cl2 برحسب مول در لیتر کدام است؟

1) 2/0 2) 4/0 3) 6/1 4) 4/2 پرسش: با توجه به تعادل گازی ، ، اگر غلظت و Co در حالت تعادل به ترتیب برابر 2/0 ،5-10 مول بر لیتر باشد، غلظت تعادلی o2 چند مول بر لیتر است؟

1) 12-10*2 2) 17-10*1 3) 20-10*2 4) 22-10*1 پرسشک در ظرف سربسته 2 لیتری مقدار را تا برقراری تعادل گازی گرم می کنیم.

اگر در حالت تعادل مقدار برابر 2/0 مول باشد مقدار چند مول است؟

1) 1/0 2) 2/0 3) 3/0 4) 4/0 پرسش: اگر 4/2 مول HI را در ظرف سربسته یک لیتری گرم کنیم و پس از تجزیه شدن 4/0 مول از آن تعادل گازی برقرار شود ثابت تعادل کدام است؟