Įvadas
Šiame straipsnyje nagrinėsime disociacijos priklausomybę nuo temperatūros. Disociacija yra procesas, kurio metu molekulės ar joniniai junginiai skyla į mažesnius atomus, jonus ar radikalus. Šis procesas yra labai svarbus daugelyje cheminių reakcijų ir biologinių sistemų. Temperatūra yra vienas iš svarbiausių veiksnių, darančių įtaką disociacijos procesui.
Pagrindinės sąvokos
Prieš gilinantis į disociacijos priklausomybę nuo temperatūros, svarbu aptarti keletą pagrindinių chemijos sąvokų:
- Cheminis elementas: Vienodą branduolinį krūvį turinčių dalelių visuma.
- Atomas: Mažiausia cheminio elemento dalelė, turinti jo chemines savybes. Atomas sudarytas iš teigiamo krūvio branduolio ir aplink skriejančių neigiamą krūvį turinčių elektronų.
- Molekulė: Mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines tos medžiagos chemines savybes.
- Vieninė medžiaga: Medžiaga, kurios negalima padalinti į kitas medžiagas arba pakeisti kitomis medžiagomis naudojant įprastus cheminius metodus.
- Cheminis junginys: Sudarytas iš kelių elementų. Bet kuriuo būdu gauti junginiai visuomet yra tos pačios sudėties.
- Valentingumas: Elementų atomų geba jungtis su kitais elemento atomais tam tikromis sąlygomis.
- Molis: SI sistemos medžiagos kiekio vienetas. Molis - medžiagos kiekis, kuriame yra tiek dalelių, kiek yra atomų anglies izotopo 12C.
- Avogadro skaičius (Nᴀ): Konstanta, apibrėžianti dalelių skaičių viename molyje (Nᴀ = 6,02 × 10²³ dalelių/mol).
- Atominė masė (Aᵣ): Santykinis dydis, rodantis, kiek kartų cheminio elemento atomo masė didesnė už standartinį atominės masės vienetą.
- Molekulinė masė (Mᵣ): Santykinis dydis, rodantis, kiek kartų cheminės medžiagos molekulės masė didesnė už standartinį atominės masės vienetą.
- Jonizacijos energija: Energijos kiekis, reikalingas norint iš atomo ar molekulės atimti elektroną.
- Elektroninis giminingumas: Energija, išsiskirianti prisijungiant atomui elektronus ir virstant neigiamaisiais jonais.
- Elektrinis neigiamumas: Dydis, nusakantis atomo gebėjimą prisitraukti atomo, su kuriuo jis yra sudaręs ryšį, elektronus.
Termodinamikos dėsniai ir cheminės reakcijos
- Pirmasis termodinamikos dėsnis: Energijos, patenkančios į sistemą, dydis yra lygus ištekančios iš sistemos energijos ir sistemoje esančios energijos pokyčio dydžių sumai. Vidinė energija - tai kūną sudarančių dalelių kinetinė energija ir jų tarpusavio sąveikos potencinė energija.
- Cheminės reakcijos šiluminis efektas ir entalpijos pokytis (ΔH): Visi cheminiai procesai dažniausiai yra izobariniai, todėl jų šiluminis efektas yra reiškiamas ΔH. Egzoterminėse reakcijose išsiskiriant šilumai, sistemos energija mažėja, todėl entalpijos pokytis yra neigiamas.
- Antrasis termodinamikos dėsnis: Uždaroje sistemoje šiluma negali tekėti iš šaltesnio kūno į šiltesnį. Entropija (S) yra sistemos netvarkingumo matas, matuojamas J/mol*K.
- Entalpijos (H), entropijos (S) ir Gibso energijos (G) tarpusavio ryšys: Sistemose, kuriose vyksta izobariniai procesai energijos pokyčiai nusakomi entropijos pokyčiu ΔH, o būsenos tikimybė entalpijos pokyčiu ΔS. Savaiminis procesas vyks tada, kai sistemos entalpija mažės, o antropija didės. Sistemos entalpija ir entropija sieja lygtis: ΔG = ΔH - T*ΔS. ΔG yra Gibso energijos pokytis, kuris bet kuriuo metu reiškia maksimalų darbą, kurį atlieka sistema pereidama iš nagrinėjamos būsenos į pusiausvirąja. Iš Gibso energijos pokyčio galime spręsti apie proceso vyksmą.
Cheminės reakcijos greitis ir temperatūros įtaka
- Cheminių reakcijų greitis: Nustatomas iš reaguojančių medžiagų koncentracijų pokyčio per laiko vienetą.
- Veikiančiųjų masių dėsnis: Cheminės reakcijos greitis, esant pastoviai temperatūrai, tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai.
- Van't Hoffo taisyklė: Reakcijos greitis pakėlus temperatūrą 10 °C, padidėja 2-4 kartus.
Cheminė pusiausvyra ir Le Šatelje principas
- Cheminė pusiausvyra: Būklė, kai tiesioginės ir atgalinės reakcijų greičiai yra lygūs.
- Le Šatelje principas: Jei pusiausvirąją sistemą veikia išorinės jėgos (keičiama temperatūra, slėgis arba medžiagų koncentracija), tai pusiausvyra pasislenka tokia kryptimi, kad išorinių veiksnių poveikis sumažėtų.
- Keliant temperatūrą, pusiausvyra pasislenka tos reakcijos kryptimi, kuriai vykstant, naudojama šiluma.
- Nuo slėgio priklauso tik dujinių medžiagų pusiausvyra, didinant slėgį, intensyviau vyks ta reakcija, kurioje susidaro mažiau dujinių medžiagų molekulių.
Tirpumas ir temperatūra
- Kietųjų, skystųjų ir dujinių medžiagų tirpimas skysčiuose: Šių medžiagų tirpumo priklausomybė nuo temperatūros skiriasi.
- Paprastai kietųjų medžiagų tirpumas didėjant temperatūrai didėja.
- Dujų tirpumas didėjant temperatūrai mažėja.
- Skysčių tirpumas gali tiek didėti, tiek mažėti priklausomai nuo medžiagos.
Elektrolitų disociacija
- Elektrolitų disociacijos laipsnis (α): Parodo, kuri ištirpintos medžiagos dalis yra disocijavusi į jonus.
- α ≥ 30% - stiprus elektrolitas (H₂SO₄, HNO₃, NaOH, HCl).
- 3% < α < 30% - vidutinio stiprumo elektrolitas (H₂SO₃).
- Elektrolitai tirpdami vandenyje ar kitame poliniame skystyje, arba lydomi, skyla į teigiamus jonus - katijonus, ir neigiamus jonus - anijonus. Elektrolitinė disociacija yra grįžtamas procesas.
- Elektrolitų laidumo priklausomybę nuo temperatūros lemia:
- Disociacijos laipsnis didėja kylant tempertaūrai, nes kuo intensiesnis judėjimas, tuo molekulės lengviau skyla į jonus.
- Molekulių judris kylant temperatūrai taip pat didėja, nes mažėja tirpalo klampa.
Disociacijos priklausomybė nuo temperatūros
Disociacijos procesas yra endoterminis, nes jam reikia energijos ryšiams nutraukti. Todėl, didėjant temperatūrai, disociacijos laipsnis paprastai didėja. Tai paaiškinama tuo, kad aukštesnėje temperatūroje molekulės turi daugiau kinetinės energijos, todėl joms lengviau įveikti ryšių energiją ir iširti į jonus ar radikalus.
Šią priklausomybę galima aprašyti naudojant Arrhenius lygtį:
k = A * exp(-Ea / (R * T))Kur:
Taip pat skaitykite: Kraujo judėjimo iššūkiai
- k - reakcijos greičio konstanta (šiuo atveju, disociacijos greičio konstanta)
- A - priešeksponentinis faktorius (apibūdina susidūrimų dažnį)
- Ea - aktyvacijos energija (energija, reikalinga reakcijai prasidėti)
- R - universalioji dujų konstanta (8.314 J/(mol*K))
- T - absoliuti temperatūra (Kelvinais)
Iš Arrhenius lygties matyti, kad didėjant temperatūrai (T), eksponentinis narys exp(-Ea / (R * T)) didėja, todėl didėja ir reakcijos greičio konstanta (k), o tai reiškia, kad disociacija vyksta greičiau.
Disociacijos konstanta
Disociacijos konstanta (K) yra pusiausvyros konstanta, apibūdinanti disociacijos reakcijos pusiausvyrą. Ji parodo, kiek pradinės medžiagos disocijuoja į produktus, kai pasiekiama pusiausvyra. Disociacijos konstanta priklauso nuo temperatūros.
Silpnos rūgšties disociacijos konstantą galima nustatyti, įvertinant jos disociacijos entalpiją, entropiją ir laisvąją energiją.
Disociacijos konstantos nustatymas elektrinio laidumo matavimo metodu
Elektrolitai - geri laidininkai, kuriuose dėl elektrolitinės disociacijos atsiranda teigiamų ir neigiamų jonų, kurie juda veikiami elektrinio lauko. Elektrolitų laidumo priklausomybė nuo temperatūros lemia:
- disociacijos laipsnis didėja kylant tempertaūrai, nes kuo intensiesnis judėjimas, tuo molekulės lengviau skyla į jonus.
- molekulių judris kylant temperatūrai taip pat didėja, nes mažėja tirpalo klampa.
Dėl šių priežasčių disociacijos laipsnis didėja didėjant temperatūrai.
Taip pat skaitykite: Pacientų agresijos tyrimai
Praktiniai pavyzdžiai
- Fermento α-amilazės aktyvumo priklausomybė nuo temperatūros: Fermentai yra biologiniai katalizatoriai, kurie pagreitina chemines reakcijas organizmuose. Fermento α-amilazės aktyvumas priklauso nuo temperatūros. Yra optimali temperatūra, kurioje fermentas veikia greičiausiai. Per žemoje arba per aukštoje temperatūroje fermento aktyvumas sumažėja arba jis visiškai neveikia.
- DNR molekulės išskyrimas iš vaisių: DNR išskyrimas iš vaisių yra paprastas ir vizualiai įspūdingas biologinis eksperimentas, leidžiantis suprasti genetinės medžiagos buvimą gyvuose organizmuose. Temperatūra yra svarbi šiame procese, nes ji padeda suskaidyti ląstelių membranas ir atlaisvinti DNR.
Taip pat skaitykite: Priklausomybė nuo laiko
tags: #disociacijos #priklausomybe #nuo #temperaturos