تحقیق مقاله سینتیک شیمیائی

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.