स्वायत्त ताप स्रोत (व्यक्तिगत ताप उपकरण)। (समीक्षा)

उदाहरण 1. सिस्टम में हाइड्रोजन सांद्रता को कितनी बार बढ़ाया जाना चाहिए?

एन 2  3एच 2  2एनएच 3

ताकि प्रतिक्रिया दर 100 गुना बढ़ जाए?

समाधान। किसी दी गई प्रतिक्रिया की दर को व्यक्त करना

वी = क 3 .

समय के आरंभिक क्षण में

वि0 = क 0 0 3 .

आइए हम हाइड्रोजन सांद्रता में वृद्धि को x मानें,

वी 1 =के 0 [एक्सएच 2 ] 3 = एक्स 3 के 0 0 3 = एक्स 3 वी 0 = 100v 0,

और फिर हाइड्रोजन सांद्रता में वृद्धि होनी चाहिए

उदाहरण 2. यदि सिस्टम में दबाव तीन गुना बढ़ा दिया जाए तो अग्रगामी प्रतिक्रिया की दर कैसे बदलेगी?

एन 2  3एच 2  2एनएच 3

समाधान। दबाव में तीन गुना वृद्धि मात्रा में तीन गुना कमी के बराबर है और तदनुसार, सभी पदार्थों की एकाग्रता में तीन गुना वृद्धि है।

प्रारंभिक समय में प्रतिक्रिया दर:

वि0 = क 0 0 3 ;

दबाव बढ़ने के बाद

वि 1 = के 3 = 3 3 3 के 0 0 3 = 81 वी 0 ,

यानी सीधी प्रतिक्रिया की दर 81 गुना बढ़ जाएगी.

उदाहरण 3. तापमान को 50 0 C से 70 0 C तक बढ़ाने से प्रतिक्रिया दर में 9 गुना वृद्धि होती है। प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक ज्ञात करें।

समाधान। आइए हम वैन्ट हॉफ समीकरण से प्रतिक्रिया के तापमान गुणांक को व्यक्त करें:

γ (टी 1- टी 2)/10 = वी 2 /वी 1,

और हमें मिलता है

γ (70-50)/10 = 9, γ 2 = 9, γ = 3.

उदाहरण 4. रसायन की सक्रियण ऊर्जा और दर स्थिरांक की गणना करें

कैसी प्रतिक्रिया

सीओ + एच 2 ओ  एच 2 + सीओ 2

303 K (T 3) पर, यदि 288 K (T 1) और 313 K (T 2) पर प्रतिक्रिया दर स्थिरांक क्रमशः 3.1 · 10 -4 और 8.15 · 10 -3 mol/l हैं।

समाधान। अरहेनियस समीकरण से यह निम्नानुसार है

ईए = 2.3आरटी 1 टी 2 लॉग(के 2 /के 1)/(टी 2 टी 1)।

प्राप्त मूल्यों को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

ईए = 2.3 8.31 288 313 लॉग(8.15. 10 -3 /3.1 10 -4)/(313288) = 97848 जे/मोल।

303 K पर प्रतिक्रिया दर स्थिरांक संबंध से पाया जा सकता है

लॉग(k 3 /k 1) = Ea(T 3 -T 1)/(2.3RT 3 T 1) या log(k 2 /k 3) = Ea(T 2 -T 3)/(2.3RT 2 T 3 ).

उपलब्ध मानों को इनमें से किसी भी सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

k 3 = 2.34 10 -3 l mol -1 मिनट -1।

उदाहरण 5. 10 0 C के तापमान पर, प्रतिक्रिया 120 सेकंड के बाद समाप्त होती है, और 30 0 C पर - 30 सेकंड के बाद। सक्रियण ऊर्जा ज्ञात कीजिए।

समाधान। यह स्पष्ट है कि k (30) /k (10) =  (10) / (30), और फिर, सूत्र में मानों को प्रतिस्थापित करते हुए Ea = 2.3RT 1 T 2 लॉग(k 2 /k 1) /(टी 2 टी 1), हमें मिलता है:

ईए = 2.3 8.31(273+10)(273+30)लॉग(120/30)/(3010) = 49336 जे/मोल

या 49.3 kJ/mol.

उदाहरण 6. 100C पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ एथिल एसिटिक एसिड का साबुनीकरण स्थिरांक 2.38 l/mol है। मि. यदि आप इस तापमान पर ईथर के 0.05 मोलर घोल के 1 लीटर को NaOH के 0.05 मोलर घोल के 1 लीटर के साथ मिलाते हैं, तो 90% एथिल एसीटेट के साबुनीकरण के लिए आवश्यक समय निर्धारित करें।

समाधान। प्रतिक्रिया

सीएच 3 सीओओसी 2 एच 5 + NaOH = सीएच 3 कूना + सी 2 एच 5 ओएच

दूसरे क्रम की प्रतिक्रिया है; ईथर और क्षार की सांद्रता बराबर है और आप समीकरण का उपयोग कर सकते हैं:

k = x/( a(ax)),

 = x/(k a(ax)).

समाधानों के पारस्परिक तनुकरण को दो गुना और एसिटिक एथिल ईथर को 90 तक परिवर्तित करने को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

ए = 0.05/2 = 0.025मोल/ली; x = 0.05 0.9/2 = 0.0225 मोल/ली.

तब प्रतिक्रिया समय होगा

 = 0.0225/((2.38 0.025(0.0250.225)) = 151.2 मिनट।

2. रासायनिक संतुलन

2.1. प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएँ

में से एक सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएँरासायनिक प्रतिक्रिया परिवर्तन की गहराई (डिग्री) है, जो दर्शाती है कि प्रारंभिक पदार्थ प्रतिक्रिया उत्पादों में कितना परिवर्तित होते हैं। यह जितना बड़ा होगा, प्रक्रिया उतनी ही अधिक किफायती ढंग से की जा सकती है। परिवर्तन की गहराई, अन्य कारकों के बीच, प्रतिक्रिया की उत्क्रमणीयता पर निर्भर करती है।

प्रतिवर्तीप्रतिक्रिया , भिन्न अचल, अंत तक आगे न बढ़ें: किसी भी प्रतिक्रियाशील पदार्थ का पूरी तरह से उपभोग नहीं किया जाता है। साथ ही, प्रतिक्रिया उत्पाद प्रारंभिक पदार्थों के निर्माण के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।

आइए उदाहरण देखें:

1) गैसीय आयोडीन और हाइड्रोजन की समान मात्रा को एक निश्चित तापमान पर एक बंद बर्तन में डाला जाता है। यदि इन पदार्थों के अणुओं की टक्कर आवश्यक अभिविन्यास और पर्याप्त ऊर्जा के साथ होती है, तो रासायनिक बंधन एक मध्यवर्ती यौगिक (सक्रिय परिसर, अनुभाग 1.3.1 देखें) के गठन के साथ पुनर्व्यवस्थित हो सकते हैं। बांडों की आगे की पुनर्व्यवस्था से मध्यवर्ती यौगिक हाइड्रोजन आयोडाइड के दो अणुओं में टूट सकता है। प्रतिक्रिया समीकरण:

एच 2  आई 2  2एचआई

लेकिन हाइड्रोजन आयोडाइड अणु भी यादृच्छिक रूप से हाइड्रोजन अणुओं, आयोडीन अणुओं और एक दूसरे से टकराएंगे। जब HI अणु टकराते हैं, तो कोई भी मध्यवर्ती यौगिक के निर्माण को नहीं रोक पाएगा, जो बाद में आयोडीन और हाइड्रोजन में विघटित हो सकता है। यह प्रक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की गई है:

2HI  H 2 + I 2

इस प्रकार, इस प्रणाली में दो प्रतिक्रियाएँ एक साथ होंगी - हाइड्रोजन आयोडाइड का निर्माण और इसका अपघटन। इन्हें एक सामान्य समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है

एच 2 + आई 2  2एचआई

प्रक्रिया की उत्क्रमणीयता  का चिन्ह दर्शाती है।

इस मामले में हाइड्रोजन आयोडाइड के निर्माण की दिशा में निर्देशित प्रतिक्रिया को प्रत्यक्ष कहा जाता है, और इसके विपरीत को रिवर्स कहा जाता है।

2) यदि आप एक मोल ऑक्सीजन के साथ दो मोल सल्फर डाइऑक्साइड मिलाते हैं, तो सिस्टम में ऐसी स्थितियाँ बनाएँ जो प्रतिक्रिया होने के लिए अनुकूल हों, और कुछ समय के बाद एक विश्लेषण करें गैस मिश्रण, तो परिणाम दिखाएंगे कि सिस्टम में SO 3 - प्रतिक्रिया उत्पाद, और शुरुआती पदार्थ - SO 2 और O 2 दोनों शामिल होंगे। यदि, समान परिस्थितियों में, सल्फर ऑक्साइड (+6) को प्रारंभिक पदार्थ के रूप में रखा जाता है, तो यह पाया जाएगा कि इसका हिस्सा ऑक्सीजन और सल्फर ऑक्साइड (+4) में विघटित हो जाएगा, और सभी की मात्रा के बीच अंतिम अनुपात तीन पदार्थ वैसे ही होंगे जैसे कि वे सल्फर डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन के मिश्रण से शुरू हुए थे।

इस प्रकार, ऑक्सीजन के साथ सल्फर डाइऑक्साइड की परस्पर क्रिया भी प्रतिवर्ती के उदाहरणों में से एक है रासायनिक प्रतिक्रियाऔर समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है

2SO 2 + O 2  2SO 3

3) लोहे की परस्पर क्रिया हाइड्रोक्लोरिक एसिडसमीकरण के अनुसार आगे बढ़ता है:

Fe + 2HCL  FeCL 2 + H 2

यदि पर्याप्त हाइड्रोक्लोरिक एसिड है, तो प्रतिक्रिया कब समाप्त होगी

सारा लोहा ख़त्म हो जाएगा. इसके अलावा, यदि आप इस प्रतिक्रिया को विपरीत दिशा में करने का प्रयास करते हैं - हाइड्रोजन को फेरिक क्लोराइड के घोल से गुजारते हैं, तो धात्विक लोहा और हाइड्रोक्लोरिक एसिड काम नहीं करेगा - यह प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में नहीं जा सकती है। इस प्रकार, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ लोहे की परस्पर क्रिया एक अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया है।

हालाँकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि सैद्धांतिक रूप से किसी भी अपरिवर्तनीय प्रक्रिया को कुछ शर्तों के तहत उलटा होने के रूप में दर्शाया जा सकता है, अर्थात। सिद्धांत रूप में, सभी प्रतिक्रियाओं को प्रतिवर्ती माना जा सकता है। लेकिन अक्सर प्रतिक्रियाओं में से एक स्पष्ट रूप से प्रबल होती है। यह उन मामलों में होता है जब इंटरैक्शन उत्पादों को प्रतिक्रिया क्षेत्र से हटा दिया जाता है: आयन एक्सचेंज प्रतिक्रियाओं के दौरान एक अवक्षेप बनता है, गैस निकलती है, और व्यावहारिक रूप से गैर-विघटित उत्पाद बनते हैं; या जब, आरंभिक पदार्थों की स्पष्ट अधिकता के कारण, विपरीत प्रक्रिया व्यावहारिक रूप से दबा दी जाती है। इस प्रकार, विपरीत प्रतिक्रिया की संभावना का प्राकृतिक या कृत्रिम बहिष्कार प्रक्रिया को लगभग पूरा करने की अनुमति देता है।

ऐसी प्रतिक्रियाओं के उदाहरणों में घोल में सिल्वर नाइट्रेट के साथ सोडियम क्लोराइड की परस्पर क्रिया शामिल है

NaCL + AgNO 3  AgCl + NaNO 3,

अमोनिया के साथ कॉपर ब्रोमाइड

CuBr 2 + 4NH 3  Br 2,

सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उदासीनीकरण

एचसीएल + NaOH  NaCl + H 2 O.

ये सब उदाहरण मात्र हैं वास्तव मेंअपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं, चूंकि सिल्वर क्लोराइड कुछ हद तक घुलनशील है, और जटिल धनायन 2+ बिल्कुल स्थिर नहीं है, और पानी अलग हो जाता है, हालांकि बेहद नगण्य सीमा तक।

रासायनिक तत्व जो जीवित और बनाते हैं निर्जीव प्रकृति, में स्थित हैं निरंतर गति, क्योंकि इन तत्वों से बने पदार्थ लगातार बदलते रहते हैं।

रासायनिक प्रतिक्रियाएं (लैटिन प्रतिक्रिया से - विरोध, प्रतिरोध) अन्य पदार्थों और भौतिक कारकों (तापमान, दबाव, विकिरण, आदि) के प्रभाव के प्रति पदार्थों की प्रतिक्रिया हैं।

हालाँकि, यह परिभाषा भी मेल खाती है शारीरिक बदलावपदार्थों के साथ होने वाली - उबलना, पिघलना, संघनन आदि। इसलिए, यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि रासायनिक प्रतिक्रियाएँ ऐसी प्रक्रियाएँ हैं जिनके परिणामस्वरूप पुरानी रासायनिक बन्धऔर नए पदार्थ उत्पन्न होते हैं और परिणामस्वरूप, मूल पदार्थों से नए पदार्थ बनते हैं।

रासायनिक प्रतिक्रियाएँ हमारे शरीर के अंदर और हमारे आस-पास की दुनिया में लगातार होती रहती हैं। अनगिनत प्रतिक्रियाओं को आमतौर पर विभिन्न मानदंडों के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। आइए आठवीं कक्षा के पाठ्यक्रम के उन संकेतों को याद करें जिनसे आप पहले से ही परिचित हैं। ऐसा करने के लिए, आइए प्रयोगशाला प्रयोग की ओर मुड़ें।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 3
कॉपर (II) सल्फेट के घोल में तांबे के स्थान पर लोहे का प्रतिस्थापन

हम रसायन विज्ञान में एक बहुत ही महत्वपूर्ण अवधारणा पर आए हैं - "रासायनिक प्रतिक्रिया की दर।" यह ज्ञात है कि कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएँ बहुत तेज़ी से होती हैं, अन्य महत्वपूर्ण समयावधि में होती हैं। जब सोडियम क्लोराइड के घोल में सिल्वर नाइट्रेट का घोल मिलाया जाता है, तो एक सफेद चीज़ जैसा अवक्षेप लगभग तुरंत ही अवक्षेपित हो जाता है:

AgNO 3 + NaCl = NaNO 3 + AgCl↓।

प्रतिक्रियाएँ अत्यधिक गति से होती हैं, विस्फोट के साथ (चित्र 11, 1)। इसके विपरीत, स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स पत्थर की गुफाओं में धीरे-धीरे बढ़ते हैं (चित्र 11, 2), स्टील उत्पाद खराब हो जाते हैं (जंग लग जाते हैं) (चित्र 11, 3), और संपर्क में आने से नष्ट हो जाते हैं अम्ल वर्षामहल और मूर्तियाँ (चित्र 11, 4)।

चावल। ग्यारह।
अत्यधिक गति से होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएँ (1) और बहुत धीमी गति से (2-4)

बदले में, एकाग्रता को किसी पदार्थ की मात्रा (जैसा कि आप जानते हैं, इसे मोल्स में मापा जाता है) और उसके द्वारा घेरने वाली मात्रा (लीटर में) के अनुपात के रूप में समझा जाता है। यहां से रासायनिक प्रतिक्रिया की दर के लिए माप की इकाई प्राप्त करना मुश्किल नहीं है - 1 mol/(l s)।

रसायन विज्ञान की एक विशेष शाखा रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का अध्ययन करती है, जिसे रासायनिक गतिकी कहा जाता है।

इसके नियमों को जानने से आप रासायनिक प्रतिक्रिया को नियंत्रित कर सकते हैं, जिससे यह तेजी से या धीमी गति से आगे बढ़ती है।

कौन से कारक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करते हैं?

1. अभिकारकों की प्रकृति. आइए प्रयोग की ओर मुड़ें।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 4
धातुओं के साथ एसिड की परस्पर क्रिया के उदाहरण का उपयोग करके अभिकारकों की प्रकृति पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

2. अभिकारकों की सांद्रता. आइए प्रयोग की ओर मुड़ें।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 5
विभिन्न सांद्रता के हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ जिंक की परस्पर क्रिया के उदाहरण का उपयोग करके अभिकारकों की सांद्रता पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

यह निष्कर्ष निकालना आसान है: अभिकारकों की सांद्रता जितनी अधिक होगी, उनके बीच परस्पर क्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी।

एकाग्रता गैसीय पदार्थसजातीय के लिए उत्पादन प्रक्रियाएंबढ़ाएँ, दबाव बढ़ाएँ। उदाहरण के लिए, यह सल्फ्यूरिक एसिड, अमोनिया और एथिल अल्कोहल के उत्पादन में किया जाता है।

प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता का कारक न केवल उत्पादन में, बल्कि मानव गतिविधि के अन्य क्षेत्रों में भी ध्यान में रखा जाता है, उदाहरण के लिए चिकित्सा में। फेफड़ों की बीमारियों वाले मरीज़, जिनमें रक्त हीमोग्लोबिन की हवा में ऑक्सीजन के साथ संपर्क की दर कम होती है, ऑक्सीजन तकिए की मदद से आसानी से सांस लेते हैं।

3. प्रतिक्रियाशील पदार्थों का संपर्क क्षेत्र. इस कारक पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को दर्शाने वाला एक प्रयोग निम्नलिखित प्रयोग का उपयोग करके किया जा सकता है।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 6
प्रतिक्रियाशील पदार्थों के संपर्क क्षेत्र पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

विषमांगी प्रतिक्रियाओं के लिए: कैसे बड़ा क्षेत्रप्रतिक्रियाशील पदार्थों का संपर्क, प्रतिक्रिया दर जितनी अधिक होगी.

आप इसे व्यक्तिगत अनुभव से सत्यापित कर सकते हैं। आग जलाने के लिए आप लकड़ी के नीचे लकड़ी के छोटे-छोटे टुकड़े रख दें और उनके नीचे मुड़ा हुआ कागज रख दें, जिससे पूरी आग भड़क उठी। इसके विपरीत, पानी से आग बुझाने में हवा के साथ जलती हुई वस्तुओं के संपर्क के क्षेत्र को कम करना शामिल है।

उत्पादन में, इस कारक को विशेष रूप से ध्यान में रखा जाता है, तथाकथित द्रवयुक्त बिस्तर का उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रिया दर को बढ़ाने के लिए, ठोस पदार्थ को लगभग धूल की अवस्था में कुचल दिया जाता है, और फिर एक दूसरा पदार्थ, आमतौर पर गैसीय, नीचे से इसमें प्रवाहित किया जाता है। इसे बारीक विभाजित ठोस से गुजारने पर उबलने का प्रभाव पैदा होता है (इसलिए विधि का नाम)। उदाहरण के लिए, द्रवीकृत बिस्तर का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड और पेट्रोलियम उत्पादों के उत्पादन में किया जाता है।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 7
द्रवीकृत बिस्तर मॉडलिंग

4. तापमान. आइए प्रयोग की ओर मुड़ें।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 8
विभिन्न तापमानों पर सल्फ्यूरिक एसिड के घोल के साथ कॉपर (II) ऑक्साइड की परस्पर क्रिया के उदाहरण का उपयोग करके प्रतिक्रियाशील पदार्थों के तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

यह निष्कर्ष निकालना आसान है: तापमान जितना अधिक होगा, प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी।

प्रथम पुरस्कार विजेता नोबेल पुरस्कारडच रसायनज्ञ जे. एक्स. वान्ट हॉफ ने नियम बनाया:

उत्पादन में, एक नियम के रूप में, उच्च तापमान वाली रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है: कच्चा लोहा और स्टील को गलाने में, कांच और साबुन को पिघलाने में, कागज और पेट्रोलियम उत्पादों के उत्पादन में, आदि (चित्र 12)।

चावल। 12.
उच्च तापमान वाली रासायनिक प्रक्रियाएँ: 1 - लौह गलाना; 2 - कांच पिघलना; 3 - पेट्रोलियम उत्पादों का उत्पादन

पाँचवाँ कारक जिस पर रासायनिक प्रतिक्रिया की गति निर्भर करती है वह है उत्प्रेरक। आप उससे अगले पैराग्राफ में मिलेंगे।

नए शब्द और अवधारणाएँ

1. रासायनिक अभिक्रियाएँ एवं उनका वर्गीकरण।
2. रासायनिक प्रतिक्रियाओं के वर्गीकरण के संकेत.
3. रासायनिक प्रतिक्रिया की दर और वे कारक जिन पर यह निर्भर करता है।

स्वतंत्र कार्य के लिए कार्य

1. रासायनिक प्रतिक्रिया क्या है? रासायनिक प्रक्रियाओं का सार क्या है?
2. निम्नलिखित रासायनिक प्रक्रियाओं का संपूर्ण वर्गीकरण विवरण दीजिए:
   • क) फास्फोरस का दहन;
   • बी) एल्यूमीनियम के साथ सल्फ्यूरिक एसिड समाधान की बातचीत;
   • ग) निराकरण प्रतिक्रियाएं;
   • d) नाइट्रिक ऑक्साइड (II) और ऑक्सीजन से नाइट्रिक ऑक्साइड (IV) का निर्माण।
3. आधारित निजी अनुभवविभिन्न दरों पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण दीजिए।
4. रासायनिक प्रतिक्रिया की दर क्या है? यह किन कारकों पर निर्भर करता है?
5. प्रभाव के उदाहरण दीजिए कई कारकजैव रासायनिक और औद्योगिक रासायनिक प्रक्रियाओं पर।
6. व्यक्तिगत अनुभव के आधार पर, रोजमर्रा की जिंदगी में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर विभिन्न कारकों के प्रभाव का उदाहरण दें।
7. खाना फ्रिज में क्यों रखा जाता है?
8. रासायनिक प्रतिक्रिया 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर शुरू की गई, फिर 150 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा दी गई। इस प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक 2 है। रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कितनी गुना बढ़ जाएगी?

किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर तापमान का प्रभाव लगभग निर्धारित होता है वान्ट हॉफ का नियम. जब तापमान 10 0 C बढ़ जाता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

वान्ट हॉफ नियम का गणितीय अंकन: γ - प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक या वैन्ट हॉफ गुणांकअधिकांश प्रतिक्रियाओं के लिए 2-4 के अंदर है.

काम।यदि तापमान 80 0 C से 120 0 C तक बदलता है तो गैस चरण में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बदलेगी γ = 3)?

वैंट हॉफ़ के नियम के अनुसार, हम लिखते हैं:

बढ़ते तापमान के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि को न केवल वृद्धि से समझाया गया है गतिज ऊर्जापरस्पर क्रिया करने वाले अणु। उदाहरण के लिए, आणविक टकरावों की संख्या वर्गमूल के अनुपात में बढ़ती है निरपेक्ष तापमान. जब पदार्थों को शून्य से एक सौ डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो अणुओं की गति की गति 1.2 गुना बढ़ जाती है, और रासायनिक प्रतिक्रिया की गति लगभग 59 हजार गुना बढ़ जाती है। बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर में इतनी तेज वृद्धि को सक्रिय अणुओं के अनुपात से समझाया गया है जिनके टकराव से रासायनिक संपर्क होता है। केवल सक्रिय टकराव के सिद्धांत के अनुसार सक्रिय अणु,जिसकी ऊर्जा किसी दिए गए पदार्थ के अणुओं की औसत ऊर्जा से अधिक है, अर्थात। सक्रियण ऊर्जा वाले अणु।

सक्रियण ऊर्जा (ई ए)- यह औसत आरक्षित की तुलना में अतिरिक्त ऊर्जा है जो अणुओं को रासायनिक प्रतिक्रिया करने के लिए होनी चाहिए। यदि ई ए< 40 кДж/моль – реакции протекают быстро, если Е А >120 kJ/mol - प्रतिक्रियाएँ नहीं होती हैं, यदि E A = 40-120 kJ/mol - प्रतिक्रियाएँ सामान्य परिस्थितियों में आगे बढ़ती हैं। तापमान में वृद्धि से सक्रियण ऊर्जा कम हो जाती है, पदार्थ अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाते हैं और परस्पर क्रिया की दर बढ़ जाती है।

तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की अधिक सटीक निर्भरता स्थापित की गई सी. अरहेनियस: प्रतिक्रिया दर स्थिरांक आधार के समानुपाती होता है प्राकृतिक, एक शक्ति (-ई ए /आरटी) तक बढ़ा दिया गया। ,

ए - पूर्व-घातीय कारक, सक्रिय की संख्या निर्धारित करता है

टकराव;

ई - प्रतिपादक (प्राकृतिक लघुगणक का आधार)।

संचालन सिद्धांतों के बारे में कुछ जानकारी

चारकोल गर्म पानी की बोतलें.
लगभग 90 साल पहले, आविष्कारशील विचार सबसे आम एक्सोथर्मिक प्रक्रिया - दहन प्रतिक्रिया में बदल गया। ऐसे उपकरण सामने आए हैं जिनमें सुलगती कोयले की छड़ लपेटी जाती है विशेष कागजएक धातु के डिब्बे में रखा गया था, और बाद वाले को एक कपड़े के डिब्बे में रखा गया था। ऐसे हीटिंग पैड का वजन अपेक्षाकृत कम होता है और ये 5-6 घंटे तक चलते हैं। मामले की सतह पर तापमान 60 से 100 डिग्री सेल्सियस तक था।

सी + ओ2 --> सीओ2 + 94 किलो कैलोरी/मोल

उत्प्रेरक हीटिंग पैड.
प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, लाखों सैनिक खाइयों में जम गए, और चार युद्ध वर्षों के दौरान, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान और इंग्लैंड के आविष्कारकों ने पॉकेट लिक्विड हीटिंग पैड के कई संस्करणों का पेटेंट कराया। उनके संचालन का सिद्धांत सरल था: अल्कोहल या गैसोलीन का उत्प्रेरक ज्वलनशील ऑक्सीकरण। प्लैटिनम ने सभी मामलों में उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया। जापानी हीटिंग पैड एक सिगरेट केस की तरह दिखता था, जिसके अंदर रूई और प्लैटिनम गैसकेट से भरा एक भंडार होता था। उत्प्रेरक को हवा की आपूर्ति करने और दहन गैसों को हटाने के लिए आवास में छेद किए गए थे। हीटिंग पैड चालू करने के लिए टैंक में अल्कोहल डाला गया, जिससे रूई भीग गई। फिर उत्प्रेरक को माचिस की लौ से गर्म किया गया और प्रतिक्रिया शुरू हुई। कैटेलिटिक वार्मर का मुख्य नुकसान उनकी सीमित सेवा जीवन है: ईंधन में मौजूद अशुद्धियाँ उत्प्रेरक को जल्दी से जहर दे देती हैं और वार्मिंग सिगरेट केस बेकार हो जाता है।

चूने के बुझने की प्रतिक्रिया का उपयोग करने वाले वार्मर।

20 के दशक में जर्मनी में, खेत में खाना गर्म करने के लिए बुझे हुए चूने को पानी में मिलाने से निकलने वाली गर्मी का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा गया था। हालाँकि, प्रतिक्रिया के अपर्याप्त बड़े तापीय प्रभाव ने इसे रोक दिया व्यावहारिक अनुप्रयोगयह विचार। एक कदम आगे दो प्रतिक्रियाओं का संयोजन था: चूना बुझना और चूना उदासीनीकरण। इस प्रयोजन के लिए, ऑक्सालिक या के क्रिस्टलीय हाइड्रेट्स का उपयोग किया जाता है साइट्रिक एसिड. हीटिंग पैड में प्रतिक्रियाएँ निम्नलिखित योजना के अनुसार हुईं।

CaO + H2 O --> Ca(OH)2 + 10.6 किलो कैलोरी।
2Ca(OH)2 + H2C2O4 + 2 H2O --> CaC2O4 + 4H2O + 31 किलो कैलोरी

इन दो प्रतिक्रियाओं से आप ऐसा कर सकते हैं लाने - ले जाने योग्य उपकरण 100 से 300 डिग्री सेल्सियस का तापमान प्राप्त करें। इसके अलावा, एसिड क्रिस्टल हाइड्रेट्स का उपयोग आपको हीटिंग पैड चलाने की अनुमति देता है एक छोटी राशिपानी, और उदासीनीकरण के दौरान छोड़ा गया पानी चूने के बाद के हिस्सों के साथ प्रतिक्रिया करेगा।

धातु ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं का उपयोग कर हीटिंग पैड।
सामान्य परिस्थितियों में, हवा में धातुओं का क्षरण, सौभाग्य से, धीरे-धीरे होता है। नमक की उपस्थिति नाटकीय रूप से प्रक्रिया को तेज कर देती है। 20 के दशक के अंत में, लाल सेना के सैनिकों को गर्म करने के लिए एक "लोहे" हीटिंग पैड की सिफारिश की गई थी - रबरयुक्त कपड़े से बने एक बैग में, लोहे के बुरादे के अलावा, पोटेशियम परमैंगनेट और भराव - कोयला और रेत - रखे गए थे। पानी डालने के बाद हीटिंग पैड की सतह को 10-20 घंटे तक 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बनाए रखा जाता है।

4Fe + 2H2 O + 3O2 --> 2(Fe2O3 * H2O) + 390.4 kcal/mol

संक्षारक हीटिंग पैड में लोहे के बजाय एल्यूमीनियम का उपयोग करना बेहतर है। इस प्रतिक्रिया में लोहे के ऑक्सीकरण की तुलना में बहुत अधिक गर्मी निकलती है:

8Аl + 3Fe3O4 ---> 4Al2O3 + 9Fe + 795 kcal/mol

धातु विस्थापन प्रतिक्रियाओं का उपयोग कर हीटिंग पैड।
1940 में, यूएसएसआर ने एक हीटिंग बेल्ट विकसित किया - चमड़े से ढका एक तांबे का टैंक, जो पतलून की बेल्ट से जुड़ा हुआ था। 200 ग्राम प्रतिक्रिया मिश्रण - एल्यूमीनियम पाउडर और कॉपर क्लोराइड, स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में लिया गया, टैंक में डाला गया। पानी 100-120 मि.ली. की मात्रा में। छाती की जेब में स्थित कैन से जलाशय में जोड़ा गया। जल आपूर्ति को एक साधारण थर्मल रिले द्वारा नियंत्रित किया गया था। बेल्ट आपको 8 घंटे तक गर्म रख सकती है। यह रासायनिक हीटिंग पैड न केवल रूप में, बल्कि सामग्री में भी नया था: पहली बार, वह गर्मी जो तब होती है जब एक धातु को दूसरे द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है - अधिक विद्युतीय - का उपयोग किया गया था। लेनिनग्राद में, 1942 की नाकाबंदी सर्दियों के दौरान, उन्होंने तांबे के क्लोराइड और लोहे के बुरादे के मिश्रण से भरे हीटिंग पैड का उपयोग किया। एक बार पानी भरने पर ऐसे हीटिंग पैड 60-70 घंटे तक काम करते हैं।

क्रिस्टलीकरण वार्मर.
क्रिस्टलीकरण वार्मर पदार्थों का उपयोग करते हैं कम तामपानपिघलना और संलयन की अपेक्षाकृत उच्च गर्मी। ऐसा थर्मल संचायक गर्मी देता है, जो पहले से गरम और पिघले हुए पदार्थ के क्रिस्टलीकरण या जमने के दौरान निकलती है। संचायक हीटिंग पैड का क्लासिक कार्यशील तरल पदार्थ पैराफिन है। आप स्टीयरिक एसिड, कम पिघलने वाले क्रिस्टल हाइड्रेट्स का भी उपयोग कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, ग्लौबर का नमक Na2 SO4 * 10H2O या सोडियम एसीटेट ट्राइहाइड्रेट CH3COONa * 3H2O। कैल्शियम क्लोराइड, सोडियम थायोसल्फाइट या ग्लिसरीन के क्रिस्टलीय हाइड्रेट्स में छोटे-छोटे जोड़ क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को धीमा कर सकते हैं और इस तरह हीटिंग पैड के संचालन समय को बढ़ा सकते हैं। हीटिंग पैड 15 सेकंड में गर्म हो जाता है। 55 डिग्री सेल्सियस तक और गर्मी निकलने की प्रक्रिया 25-30 मिनट तक चलती है। हीटिंग पैड में काफी अधिक ताप क्षमता होती है और यह कूलिंग मोड में अगले 25-30 मिनट तक गर्मी जारी करने में सक्षम होता है। क्रिस्टलीकरण-प्रकार का हीटिंग पैड सूजन संबंधी प्रक्रियाओं के लिए चिकित्सीय और रोगनिरोधी एजेंट के रूप में रोगियों के लिए अच्छा है विभिन्न रूपरेडिकुलिटिस, लीवर टयूबिंग और अस्पताल सेटिंग में अन्य प्रक्रियाओं के लिए (घर पर या अस्पताल में)।

में क्रिस्टलीकरण वार्मर का उपयोग करना आपातकालीन क्षणफ़ील्ड स्थितियों में यह हीटिंग पैड के ताप रिलीज़ मोड की छोटी अवधि तक सीमित है।

क्रिस्टलीकरण-प्रकार के हीटिंग पैड का मुख्य लाभ बार-बार उपयोग की संभावना है: हीटिंग पैड को उसकी मूल स्थिति में बहाल करने के लिए, इसे 15-20 मिनट तक पानी में उबालना पर्याप्त है।

http://umcsa.naroad.ru/rus/umcsa/projects/ait.htm

एक टेस्ट ट्यूब से हीटर
लंबी पैदल यात्रा, मछली पकड़ने के दौरान, विशेष रूप से खराब मौसम में, आपको अक्सर एक साधारण हीटिंग पैड की आवश्यकता होती है। बेशक, एक साधारण रबर खराब नहीं है, लेकिन इसमें एक महत्वपूर्ण कमी है: यह आग पर पानी को बहुत धीरे-धीरे गर्म करता है।

आइए एक रासायनिक हीटिंग पैड बनाने का प्रयास करें। इसके लिए हमें सबसे सामान्य अभिकर्मकों की आवश्यकता है।

सबसे पहले, आइए एक सरल प्रयोग करें। रसोई में जाओ और टेबल नमक का एक पैकेट ले आओ। हालाँकि, आपको पैक की आवश्यकता नहीं होगी। 20 ग्राम (2 चम्मच) पर्याप्त होगा। फिर उस कैबिनेट को देखें जहां सभी प्रकार की घरेलू आपूर्ति और सामग्रियां संग्रहीत हैं। निश्चित रूप से अपार्टमेंट के नवीनीकरण के बाद वहां कुछ कॉपर सल्फेट बचा हुआ था। आपको 40 ग्राम (3 चम्मच) की आवश्यकता होगी। संभवतः लकड़ी के टुकड़े और एल्यूमीनियम तार का एक टुकड़ा भी मिलेगा। यदि हां, तो आपका काम हो गया. विट्रियल और नमक को मोर्टार में पीस लें ताकि क्रिस्टल का आकार 1 मिमी (आंख से, निश्चित रूप से) से अधिक न हो। परिणामी मिश्रण में 30 ग्राम (5 बड़े चम्मच) मिलाएं। चूराऔर अच्छी तरह मिला लें. तार के एक टुकड़े को सर्पिल या साँप के आकार में मोड़ें और इसे मेयोनेज़ जार में रखें। तैयार मिश्रण को वहां डालें ताकि भराव का स्तर जार की गर्दन से 1-1.5 सेमी नीचे हो। हीटिंग पैड आपके हाथ में है. इसे सक्रिय करने के लिए, बस जार में 50 मिलीलीटर (एक चौथाई कप) पानी डालें। 3-4 मिनट के बाद, हीटिंग पैड का तापमान 50-60 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाएगा।

जार में गर्मी कहाँ से आती है और प्रत्येक घटक क्या भूमिका निभाता है? आइए प्रतिक्रिया समीकरण देखें:

CuSO4+2NaCl > Na2SO4+CuCl2

टेबल नमक के साथ कॉपर सल्फेट की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप सोडियम सल्फेट और कॉपर क्लोराइड बनते हैं। यह वह है जो हमें रूचि देती है। यदि हम प्रतिक्रिया के ताप संतुलन की गणना करते हैं, तो पता चलता है कि कॉपर क्लोराइड के एक ग्राम अणु के बनने से 4700 कैलोरी ऊष्मा निकलती है। साथ ही प्रारंभिक परिणामी दवाओं में विघटन की गर्मी - 24999 कैलोरी। कुल: लगभग 29,600 कैलोरी।

गठन के तुरंत बाद, कॉपर क्लोराइड एल्यूमीनियम तार के साथ परस्पर क्रिया करता है:

2Al+3CuCl2 > 2AlCl3+3Cu

इस मामले में, लगभग 84,000 कैलोरी जारी होती है (कॉपर क्लोराइड के प्रति 1 ग्राम-मोल की गणना भी की जाती है)।

जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, जारी गर्मी की कुल मात्रा पदार्थ के प्रति ग्राम-अणु 100,000 कैलोरी से अधिक है। इसलिए कोई गलती या धोखा नहीं है: हीटिंग पैड असली है।

चूरा के बारे में क्या? रासायनिक प्रतिक्रियाओं में कोई भाग न लेते हुए, वे एक ही समय में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। लालच से पानी को अवशोषित करके, चूरा प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को धीमा कर देता है और समय के साथ हीटिंग पैड के संचालन को बढ़ा देता है। इसके अलावा, लकड़ी में काफी कम तापीय चालकता होती है: ऐसा लगता है कि यह उत्पन्न गर्मी को जमा करती है और फिर इसे लगातार छोड़ती है। कसकर सील किया गया कंटेनर कम से कम दो घंटे तक गर्मी बरकरार रखेगा।

एक आखिरी नोट: एक जार, निश्चित रूप से, हीटिंग पैड के लिए सबसे अच्छा बर्तन नहीं है। हमें केवल प्रदर्शन के लिए इसकी आवश्यकता थी। तो उस टैंक के आकार और सामग्री के बारे में सोचें जिसमें हीटिंग मिश्रण रखा जाएगा।