تحقیق بررسی واکنش های شیمیایی در 47 صفحه ورد قابل ویرایش

« بنام ایزد یکتا »



فصل اول : بینش 1

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:

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:



پیش بینی جهت پیشرفت واکنش و خارج قسمت واکنش:

هنگامی که واکنشگرها و فرآورده های یک واکنش شیمیایی مفروض با هم آمیخته می شوند، دانستن این نکته که آیا مخلوط در تعادل است یا نه و جهتی که سیستم باید داشته باشد. تا به تعادل برسد، مفید است. اگر غلظت یکی از واکنش دهنده ها یا فرآورده ها صفر باشد، سیستم به سویی می رود که آن چه را که نیست ، تولیدکند. اما اگر همگی غلظت های آغازی، غیر از صفر باشند، تعیین جهت حرکت به سوی تعادل، دشوارتر است. برای تعیین جهت حرکت در این گونه از موارد از خارج قسمت واکنش که آن را با Q نمایش می دهیم، استفاده می گردد.

زمانی که غلظت واکنشگرها و فرآورده ها در آغاز در عبارت ثابت تعادل قرار گیرد آن که بدست می آید، خارج قسمت واکنش نام دارد. خارج قسمت را با نماد Q به صورت زیر نمایش می دهیم:







برای تعیین اینکه یک سیستم، برای رسیدن به تعادل، در کدام راستا حرکت می کند، مقادیر Q و k را با هم مقایسه می نمائیم. که 3 حالت زیر امکان وجود دارد:

1- Q برابر k باشد - در این حالت سیستم در تعادل است و حرکتی صورت نمی گیرد.

2- Q بزرگتر از k باشد – در این حالت، نسبت غلظت های آغازی فرآورده ها به غلظت های آغاز واکنشگرها، نسبت بسیار بزرگی است. برای رسیدن به تعادل یک تغییر از فرآورده ها به سوی واکنشگرها، بایستی رخ دهد، سیستم به سمت چپ پیشرفت می کند تا فرآورده ها را مصرف کند و صورت Q کوچکتر شود تا با k هم ارز گردد.

4- Q کوچکتر از k است. در این حالت غلظت های آغازی فرآورده ها نسبت به غلظت های آغازی واکنشگرها بسیار کم است، سیستم برای رسیدن به تعادل، بایستی به سمت راست برود تا واکنشگرها را مصرف و فرآورده ها را تولید کند.