p A...p D - gaasiliste ainete A...D osarõhud, atm K p ja K c vahel kehtib seos

Σχετικά έγγραφα
I. Keemiline termodünaamika. II. Keemiline kineetika ja tasakaal

HAPE-ALUS TASAKAAL. Teema nr 2

CaCO 3(s) --> CaO(s) + CO 2(g) H = kj. Näide

Ruumilise jõusüsteemi taandamine lihtsaimale kujule

Eesti koolinoorte 43. keemiaolümpiaad

Et mingit probleemi hästi uurida, katsuge enne alustamist sellest põhjalikult aru saada!

TÄIENDAVAID TEEMASID KOOLIKEEMIALE III

Ehitusmehaanika harjutus

Vektorid II. Analüütiline geomeetria 3D Modelleerimise ja visualiseerimise erialale

2017/2018. õa keemiaolümpiaadi piirkonnavooru lahendused klass

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED LEA PALLAS XII OSA

9. AM ja FM detektorid

Funktsiooni diferentsiaal

Lokaalsed ekstreemumid

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED, ÜLESANDED LEA PALLAS VII OSA

Graafiteooria üldmõisteid. Graaf G ( X, A ) Tippude hulk: X={ x 1, x 2,.., x n } Servade (kaarte) hulk: A={ a 1, a 2,.., a m } Orienteeritud graafid

Sissejuhatus mehhatroonikasse MHK0120

PLASTSED DEFORMATSIOONID

Keemia lahtise võistluse ülesannete lahendused Noorem rühm (9. ja 10. klass) 16. november a.

2.2.1 Geomeetriline interpretatsioon

PÕLEVAINETE OMADUSED. Andres Talvari

KEEMIAÜLESANNETE LAHENDAMISE LAHTINE VÕISTLUS

Kompleksarvu algebraline kuju

HAPNIKUTARBE INHIBEERIMISE TEST

TÄIENDAVAID TEEMASID KOOLIKEEMIALE I

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

Geomeetrilised vektorid

Planeedi Maa kaardistamine G O R. Planeedi Maa kõige lihtsamaks mudeliks on kera. Joon 1

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

Keemia lahtise võistluse ülesannete lahendused Noorem rühm (9. ja 10. klass) 18. november a.

2017/2018. õa keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesannete lahendused klass

Tuletis ja diferentsiaal

b) Täpne arvutus (aktiivsete kontsentratsioonide kaudu) ph arvutused I tugevad happed ja alused

ITI 0041 Loogika arvutiteaduses Sügis 2005 / Tarmo Uustalu Loeng 4 PREDIKAATLOOGIKA

=217 kj/mol (1) m Ühe mooli glükoosi sünteesil lihtainetest vabaneb footoneid: Δ H f, glükoos n (glükoos) =5,89 mol (1) E (footon)

Kontekstivabad keeled

Eesti koolinoorte XLVIII täppisteaduste olümpiaadi

4.2.5 Täiustatud meetod tuletõkestusvõime määramiseks

Vektoralgebra seisukohalt võib ka selle võrduse kirja panna skalaarkorrutise

Jätkusuutlikud isolatsioonilahendused. U-arvude koondtabel. VÄLISSEIN - COLUMBIA TÄISVALATUD ÕÕNESPLOKK 190 mm + SOOJUSTUS + KROHV

28. Sirgvoolu, solenoidi ja toroidi magnetinduktsiooni arvutamine koguvooluseaduse abil.

REAKTSIOONIKINEETIKA

2012/2013 õ.a keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesanded 9. klass

Kirjeldab kuidas toimub programmide täitmine Tähendus spetsifitseeritakse olekuteisendussüsteemi abil Loomulik semantika

ORGAANILINE KEEMIA ANDRES TALVARI

gaas-tahke Lahustumisprotsess:

4.1 Funktsiooni lähendamine. Taylori polünoom.

20. SIRGE VÕRRANDID. Joonis 20.1

Koduseid ülesandeid IMO 2017 Eesti võistkonna kandidaatidele vol 4 lahendused

Funktsioonide õpetamisest põhikooli matemaatikakursuses

2013/2014 õ.a keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesanded 9. klass

MATEMAATILISEST LOOGIKAST (Lausearvutus)

,millest avaldub 21) 23)

Keemia lahtise võistluse ülesannete lahendused Noorem rühm (9. ja 10. klass) 15. november a.

HSM TT 1578 EST EE (04.08) RBLV /G

Energiabilanss netoenergiavajadus

RF võimendite parameetrid

Mitmest lülist koosneva mehhanismi punktide kiiruste ja kiirenduste leidmine

Kui ühtlase liikumise kiirus on teada, saab aja t jooksul läbitud teepikkuse arvutada valemist

6.6 Ühtlaselt koormatud plaatide lihtsamad

HULGATEOORIA ELEMENTE

1. Soojuskiirguse uurimine infrapunakiirguse sensori abil. 2. Stefan-Boltzmanni seaduse katseline kontroll hõõglambi abil.

NÄIDE KODUTÖÖ TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL. Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut. AAR0030 Sissejuhatus robotitehnikasse

2004/2005 õa keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesanded 10. klass

1. Õppida tundma kalorimeetriliste mõõtmiste põhimõtteid ja kalorimeetri ehitust.

Smith i diagramm. Peegeldustegur

Compress 6000 LW Bosch Compress LW C 35 C A ++ A + A B C D E F G. db kw kw /2013

Kehade soojendamisel või jahutamisel võib keha minna ühest agregaatolekust teise. Selliseid üleminekuid nimetatakse faasisiireteks.

Eesti koolinoorte XLIX täppisteaduste olümpiaad

Ülesanne 4.1. Õhukese raudbetoonist gravitatsioontugiseina arvutus

TEOREETILINE OSA. Joonis 5.1. Valguse levimissuuna ning vektori E r ja magnetvälja vektori H r perioodiline muutumine.

2001/2002 õa keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanded 8. klass

Arvuteooria. Diskreetse matemaatika elemendid. Sügis 2008

Andmeanalüüs molekulaarbioloogias

1 Funktsioon, piirväärtus, pidevus

7.7 Hii-ruut test 7.7. HII-RUUT TEST 85

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS VII teema Vektor. Joone võrrandid.

ALGEBRA I. Kevad Lektor: Valdis Laan

Temperatuur ja soojus. Temperatuuri mõõtmise meetodid. I. Bichele, 2016

Joonis 1. Teist järku aperioodilise lüli ülekandefunktsiooni saab teisendada võnkelüli ülekandefunktsiooni kujul, kui

F l 12. TRANSPORDINÄHTUSED JA BIOENERGEETIKA ALUSED

STM A ++ A + A B C D E F G A B C D E F G. kw kw /2013

sin 2 α + cos 2 sin cos cos 2α = cos² - sin² tan 2α =

DEF. Kolmnurgaks nim hulknurka, millel on 3 tippu. / Kolmnurgaks nim tasandi osa, mida piiravad kolme erinevat punkti ühendavad lõigud.

( ) ( ) 2008/2009 õ.a. keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesannete lahendused 9. klass

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS V teema Vektor. Joone võrrandid.

1. Paisksalvestuse meetod (hash)

Lisa 2 ÜLEVAADE HALJALA VALLA METSADEST Koostanud veebruar 2008 Margarete Merenäkk ja Mati Valgepea, Metsakaitse- ja Metsauuenduskeskus

Veaarvutus ja määramatus

Ecophon Line LED. Süsteemi info. Mõõdud, mm 1200x x x600 T24 Paksus (t) M329, M330, M331. Paigaldusjoonis M397 M397

Staatika ja kinemaatika

KOMBINATSIOONID, PERMUTATSIOOND JA BINOOMKORDAJAD

Sirgete varraste vääne

2017/2018. õa keemiaolümpiaadi lõppvooru ülesannete lahendused klass

LOFY Füüsika looduslikus ja tehiskeskkonnas I (3 EAP)

T~oestatavalt korrektne transleerimine

Deformeeruva keskkonna dünaamika

4. KEHADE VASTASTIKMÕJUD. JÕUD

AEGLASE SÕIDUKI LIIKLUSOHUTUSEST

Termodünaamika I seadus. Termodünaamika. Süsteemid

Transcript:

LABO RATOO RNE TÖÖ 3 Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus Keemilised rotsessid võib jagada öörduvateks ja öördumatuteks. Pöördumatud rotsessid kulgevad ühes suunas raktiliselt lõuni. Selliste rotsesside näiteks on reaktsioonid, mille käigus üks reaktsioonisaadustest (gaas või sade) eraldub süsteemist 2KClO 3(s) 2KCl(s) + 3O 2(g) Vastuidises suunas see reaktsioon ei kulge. Paljud reaktsioonid on aga öörduvad, sõltuvalt tingimustest (temeratuur, ainete kontsentratsioonid, rõhk) võivad nad kulgeda nii ühes kui teises suunas. Madalamal temeratuuril kulgeb näiteks reaktsioon H 2(g) + I 2(g) 2 HI(g) kõrgemal temeratuuril aga laguneb vesinikjodiid uuesti vesinikuks ja joodiks. Seeärast märgistatakse öörduvaid reaktsioone sageli kahe vastassuunalise noolega * H 2(g) + I 2(g) 2HI(g) Kui tingimused ei muutu, saabub selliste reaktsioonide uhul mingil hetkel olukord, kus vastassuunaliste reaktsioonide kiirused saavad võrdseks, ühegi aine kontsentratsioon enam ajas ei muutu ja tekkinud segus on sõltuvalt tingimustest rohkem või vähem kõiki reaktsioonis osalevaid aineid nii lähteaineid kui saadusi. Sellist olukorda nimetatakse keemiliseks tasakaaluks. Keemiline tasakaal on nn dünaamiline tasakaal, sest rotsessid ei ole lõenud, vaid nad kulgevad vastassuundades ühesuguse kiirusega. Kirjutame ühe reaktsioonivõrrandi üldkujul K d [ C] [ D] [ A] [ ] a B b = () [A]...[D] - ainete A...D kontsentratsioonid tasakaaluolekus, mol/dm 3 a, b,, ja d - koefitsiendid reaktsioonivõrrandist Tasakaalukonstant sõltub temeratuurist, kuid ei sõltu reageerivate ainete kontsentratsioonist. Tasakaalukonstanti (K ), mis on avaldatud molaarsete kontsentratsioonide kaudu kasutatakse sageli reaktsioonide korral, kus kõik ained on vesilahustes või vedelikud. Gaasiliste ainete osavõtul kulgevate reaktsioonide korral avaldatakse tasakaalukonstant tavaliselt osarõhkude kaudu (tähis K ) K C a A d D b B = (2) A... D - gaasiliste ainete A...D osarõhud, atm Kui reaktsioonis osaleb lisaks gaasidele ka tahkeid või vedelas olekus aineid, siis neid tasakaalukonstandi avaldisse ei anda, kuna tahke aine ning vedelikuiisk reageerivad vaid innalt ja ei moodusta gaasiga homogeenset segu. Nii sisaldab järgmise reaktsiooni tasakaalukonstandi avaldis vaid CO 2 osarõhku CaO(s) + CO 2(g) CaCO 3(s) K = CO2 a A + b B V V 2 C + d D K ja K vahel kehtib seos ning tähistame ärisuunalise reaktsiooni kiiruse v ning vastassuunalise reaktsiooni kiiruse v 2. Tasakaaluolekus v = v 2 Tasakaaluoleku matemaatiliseks kirjeldamiseks kasutatakse tasakaalukonstanti (K ), kusjuures molaarseid kontsentratsioone tasakaaluolekus tähistatakse sageli nurksulgudega. Meeles idada, et ikka on saaduste kontsentratsioonid (vastavates astmetes) murrujoone eal ja lähteained all K ( R T ) n = K (3) R - universaalne gaasikonstant, J/mol K T - absoluutne temeratuur, K n - gaasiliste ühendite moolide arvu muutus reaktsioonis 2CO(g) + O 2(g) 2CO 2(g) siin n = 2-3 = - Mida suurem on K või K, seda enam on tasakaalusegus saadusi, st reaktsiooni tasakaal on nihutatud aremale - saaduste tekke suunas. * Tegelikult uudub standardkirjatüüide hulgas äris õige märk, siin on kasutatud graafilist kujutist. MS Offie'i kirjatüü Wingdings 3 sisaldab märki Tasakaaluolekute arvutamisega sõltuvalt tingimustest tegeleb keemiline termodünaamika. Vastavat tarkvara kasutades (HSC, ThermoCal) saab reaktsioonist osavõtvate ainete kontsentratsioone keerulistes tasakaalusegudes üsna täselt välja arvutada. 2

Le Chatelier' rintsii Keemilise reaktsiooni kiirus Kuna tasakaalusegus võib olla nii lähteaineid kui saadusi, siis kuidas saavutada just saaduste võimalikult kõrge sisaldus ehk kuidas nihutada tasakaalu aremale, saaduste tekke suunas. Hinnangu võimaldab Le Chatelier' (Henry Le Chatelier, 850 936) rintsii. Tingimuste muutmine tasakaalusüsteemis kutsub esile tasakaalu nihkumise suunas, mis aneb süsteemi avaldama vastuanu tekitatud muutustele. Tingimused, mida saab mõjutada, on eelkõige lähteainete kontsentratsioon, temeratuur ja rõhk. Vaatame ammoniaagi sünteesireaktsiooni näitel nende tingimuste muutumisest tulenevat tasakaalu nihkumist N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) H = -92.4 kj Lähteainete kontsentratsiooni suurendamine nihutab reaktsiooni tasakaalu aremale. Lähteainete kontsentratsioonide suurendamisele avaldab süsteem vastuanu sellega, et kulutab neid rohkem ära, seega tekib rohkem ammoniaaki. Temeratuuri tõstmine nihutab endotermilise (soojuse neeldumisega kulgeva) reaktsiooni tasakaalu aremale, eksotermilise reaktsiooni tasakaalu aga vasakule (lähteainete tekke suunas). Ammoniaagi süntees on eksotermiline rotsess, sest reaktsiooni käigus eraldub soojust ( H = -92.4 kj). Temeratuuri tõstmisele avaldab see süsteem vastuanu sellega, et kulutab rohkem soojust. Seega hakkab kulgema vastassuunaline reaktsioon: ammoniaagi lagunemine lähteaineteks, milles soojus neeldub. Rõhu tõstmine gaasiliste ainete osavõtul kulgevates tasakaalureaktsioonides nihutab tasakaalu suunas, kus gaasiliste ainete molekulide arv väheneb. Selles rotsessis on kõik ained gaasilises olekus. Vasakul ool on kokku 4, aremal 2 mooli gaasi. Seega nihkub tasakaal aremale. Järelikult on ammoniaagi sünteesil arimateks tingimusteks lähteainete võimalikult kõrge kontsentratsioon või ka tekkiva ammoniaagi idev väljaviimine süsteemist, suhteliselt madal temeratuur ja võimalikult kõrge rõhk. Olles kindlaks teinud kõik võimalused tasakaalu mõjutamiseks, on vajalik ka, et tasakaaluolekuni jõutaks suhteliselt lühikese ajaga, st et reaktsioonikiirus oleks maksimaalne. Reaktsioonikiirus homogeenses süsteemis näitab reageerivate ainete kontsentratsioonide muutust ajaühikus (mol / dm 3 s). Eristatakse (vt joonist) keskmist kiirust ajavahemikus τ C v = τ ja kiirust mingil ajahetkel τ v τ = - tan α mis leitakse funktsiooni C = f (τ) uutuja tõusunurga tangensi õhjal. Põhitegurid, mis mõjutavad reaktsioonikiirust, oleksid järgmised: Reageerivate ainete eriära. Ained käituvad sarnastes tingimustes vägagi erinevalt. Nii näiteks reageerib väike vasetükk kontsentreeritud lämmastikhaega sekundite jooksul, nikkel aga kestval keetmisel. Reageerivate ainete kokkuuuteinna suurus. Tahkete ainete reageerimise kiirust saab oluliselt tõsta neid eenestades, vedelikke võib aga ihustada. Reageerivate ainete kontsentratsioon. Reaktsioonid on seotud osakeste kokkuõrgetega. Mida rohkem on ruumalaühikus osakesi, seda sagedamini nad kokku õrkavad. Seega suurendab lähteainete kontsentratsiooni tõstmine reaktsioonikiirust. Pärisuunalise reaktsiooni v aa + bb saadused kiirus v sõltub lähteainete kontsentratsioonist järgmiselt (nn massitoimeseadus): 3 4

kus = q B v k C C A (4) k q + q reaktsiooni kiiruskonstant reaktsiooni järk aine A suhtes reaktsiooni järk aine B suhtes reaktsiooni summaarne järk Mõlema lähteaine suhtes esimest järku (NB! summaarselt teist järku) reaktsiooni korral v = k C C A B ja seega sõltub sellise reaktsiooni kiirus lineaarselt (vt joonis lk. 0) ühe lähteaine kontsentratsioonist. Kiiruskonstant k ning reaktsiooni järgud olenevad reageerivate ainete eriärast ja reaktsiooni tingimustest ning määratakse ekserimentaalselt. Vaid üksikute reaktsioonide korral on järgud ja q võrdsed tasakaalustatud reaktsioonivõrrandi koefitsientidega a ja b. Temeratuur. Mida kõrgem on temeratuur, seda intensiivsem on molekulide soojusliikumine ja suurem nende kineetiline energia. See suurendab molekulide efektiivsete kokkuõrgete tõenäosust ning koos sellega reaktsioonikiirust. Temeratuuri mõju võimaldab ligikaudu hinnata van't Hoffi (Jaobus Hendrius van't Hoff, 852 9) reegel Temeratuuri tõstmine 0 C võrra suurendab reaktsioonikiirust kaks kuni neli korda. Matemaatiliselt võiks selle kirja anna järgmiselt: v t v t 2 t2 t 0 = γ (5) v t reaktsioonikiirus temeratuuril t v t2 reaktsioonikiirus temeratuuril t 2 γ reaktsiooni temeratuuritegur (γ 2 4) Kiiruse sõltuvus temeratuurist ole seega lineaarne, vaid sellist temeratuursõltuvust kirjeldab astmefunktsiooni graafik. Kui tulla tagasi ammoniaagi sünteesi näite juurde, siis mõjutab lähteainete kontsentratsiooni suurendamine soodsalt nii saagist kui reaktsioonikiirust. Temeratuuri tõstmine suurendab reaktsioonikiirust, aga vähendab saagist. Siin tuleb otimaalne temeratuur leida katseliselt. Tavaliselt viiakse ammoniaagi süntees läbi temeratuuril 500 C. Rõhu tõstmine suurendab saagist, seeärast viiakse rotsess läbi rõhul kuni 000 atm. Kiirust aitab oluliselt tõsta ka raudkatalüsaator. Katse Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule Kirjutada välja tasakaalukonstandi avaldis raud(iii)kloriidi ja ammooniumtiotsüanaadi lahuste vahelisele reaktsioonile FeCl 3(aq) + 3NH 4SCN(aq) Fe(SCN) 3(aq) + 3NH 4Cl(aq) unane Hinnata, millises suunas nihkub tasakaal kui suurendada a) FeCl 3 kontsentratsiooni? b) NH 4SCN kontsentratsiooni? ) NH 4Cl kontsentratsiooni? Hinnata tasakaalukonstandi avaldise õhjal kumma aine, kas NH 4Cl või FeCl 3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam. Kontrollida tasakaalu nihkumist katseliselt. Selleks võtta keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja lisada tilk küllastatud FeCl 3 lahust ning tilk NH 4SCN lahust. Segada hoolikalt ning jagada tekkinud unane lahus võrdsete osadena nelja katseklaasi. Lahuse unane värvus on tingitud reaktsioonil tekkivast raud(iii)tiotsüanaadist *, kus värvi intensiivsus oleneb tema kontsentratsioonist. Reaktsiooni tasakaalu nihkumist on lihtne jälgida lahuse värvuse muutumise järgi. Esimene katseklaas jätta võrdluseks Teise katseklaasi lisada kaks tilka FeCl 3 lahust. Mida võib tähele anna? Kummas suunas nihkub tasakaal? Kolmandasse katseklaasi lisada 2 tilka NH 4SCN lahust. Kummas suunas nihkub tasakaal? Kas muutus on suurem või väiksem võrreldes FeCl 3 lisamisega? Neljandasse katseklaasi lisada tahket NH 4Cl ja loksutada tugevasti Kuidas muutub lahuse värvus. Anda selgitus. Van't Hoffi reegel kehtib siiski vaid toatemeratuurile lähedastel temeratuuridel ning täsemate sõltuvuste saamiseks tuleb kasutada Arrheniuse võrrandit. Katalüsaatorite toime. Katalüsaatorid on ained, mis muudavad reaktsioonikiirust. Osaledes mingis reaktsiooni järgus, taastuvad nad reaktsiooni lõuks keemiliselt ja endises hulgas. Katalüsaatorite mõju on selektiivne: katalüsaator kiirendab ainult kindlat reaktsiooni ja sellise katalüsaatori leidmine eeldab sageli mahukaid ekserimente. * Paralleelselt tekib ka unase värvusega [FeSCN] 2+ komleks 5 6

Katse 2 Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temeratuurist Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na 2S 2O 3 kontsentratsioonist Tabel Reaktiivid: %-ne Na 2S 2O 3 lahus, %-ne H 2SO 4 lahus. Töövahendid: Büretid, katseklaaside komlekt (8 tk), kummikork, esuudelid, keeduklaas, termomeeter, elektriliit. Töö käik Reaktsioonikiiruse sõltuvust reageerivate ainete kontsentratsioonist ning temeratuurist on hea vaadelda väävelhae ning naatriumtiosulfaadi vahelise reaktsiooni abil Na 2S 2O 3 + H 2SO 4 Na 2SO 4 + H 2O + SO 2 + S Selles reaktsioonis tekkiv hägune väävlisade on hõlsasti jälgitav ning suhteliselt lahjade (~ %) lahuste korral on ajavahemik lahuste kokkuvalamise hetkest kuni hägu tekkimiseni mõni minut. Töö õnnestumise eelduseks on uhtus. Katseklaasid tuleb enne töö algust esta hoolikalt kraanivee ja harjaga ning loutada 2-3 korda destilleeritud veega. Samuti toimitakse kahe katse vahel ning töö lõul. Eksida ei tohi bürettide täitmisel - õige lahus õigesse büretti. Kui mõnes büretis on hakanud tekkima hägu, tuleb bürett uhtaks esta, loutada mõned korrad lahusega, millega bürett täidetakse, ning alustada tööd otsast eale.. Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist Kaheksa katseklaasi jagada neljaks aariks. Ühes katseklaasis igast aarist on väävelhaelahus, teises naatriumtiosulfaadilahus, mille kontsentratsioon aariti erineb. Algul täita neli katseklaasi H 2SO 4 lahusega - igasse katseklaasi 6 m 3 (6 ml). Erineva kontsentratsiooniga Na 2S 2O 3 lahused valmistada järgmiselt: ühte katseklaasi mõõta 6 m 3 Na 2S 2O 3 lahust, teise 4 m 3 Na 2S 2O 3 lahust ja 2 m 3 destilleeritud vett, kolmandasse 3 m 3 Na 2S 2O 3 lahust ja 3 m 3 vett, neljandasse 2 m 3 Na 2S 2O 3 lahust ning 4 m 3 vett. Katseklaaside aar Na 2S 2O 3 maht m 3 H 2O maht m 3 Na 2S 2O 3 suhteline kontsentratsioon 6 0 6 2 4 2 4 3 3 3 3 4 2 4 2 2. Reaktsioonikiiruse sõltuvus temeratuurist Aeg τ min Reaktsioonikiirus v = /τ min - Kui katseklaasid on hoolikalt estud, võib alustada järgmist katset. Jällegi võtta neli aari katseklaase. Et neid hiljem mitte segi ajada, märgistada katseklaasid, mis sisaldavad Na 2S 2O 3 ühtmoodi, ja katseklaasid väävelhaelahusega teistmoodi. Üks katseklaas igast aarist täita 4 m 3 väävelhaelahusega, teine 4 m 3 Na 2S 2O 3 lahusega. Edasi täita oolenisti veega üks suurem keeduklaas ning asetada sinna kõik katseklaasid ning termomeeter. Siis tõsta keeduklaas koos katseklaasidega elektriliidile ning hakata jälgima temeratuuri tõusu. Katsed sooritada temeratuuridel 30 C, 40 C, 50 C ja 60 C järgnevalt: Kui temeratuur on jõudnud ~32 C-ni, tõsta keeduklaas koos katseklaasidega liidilt maha, võtta kätte esimese aari katseklaasid, valada lahused kokku, segada kiiresti ning asetada siis katseklaas koheselt sooja vette tagasi. Mõõta aeg lahuste kokkuvalamise momendist kuni hägu tekkimiseni. Seejärel võib keeduklaasi uuesti liidile asetada ning tõsta temeratuuri ~42 C-ni. Siis võtta keeduklaas taas liidilt ning korrata katset järgmise lahuste aariga. Oluline on, et hägu teket jälgitaks sooja vee sees. Vastasel juhul jahtub katseklaas kiiresti maha ning saadakse vale sõltuvus. Analoogiliselt tehakse kõik neli katset. Katsetulemused fikseerida nagu tabelis 2. Töö lõenud, esta hoolikalt katseklaasid ning korrastada töökoht. Katses mõõta aega lahuste kokkuvalamise momendist kuni hetkeni, mil lahus on muutunud häguseks. Selleks võtta esimene aar, valada lahused ühte katseklaasi kokku, sulgeda katseklaas korgiga ning segada katseklaasi kiiresti aar korda ümber öörates. Samal momendil fikseerida kella või stoeriga katse algus ning, kui tekib hägu, katse lõ. Samamoodi toimida teise, kolmanda ja neljanda aariga. Et aega kokku hoida, võib ülejäänud aarid omavahel kokku valada enam-vähem korraga, kiiresti kõik läbi segada, käivitada kell ning oodata hägu tekkimist algul teises, siis kolmandas ja lõuks neljandas aaris, milles on Na 2S 2O 3 kontsentratsioon kõige väiksem. Mõõdetud ajavahemikud fikseerida nii, nagu näidatud tabelis. 7 8

Reaktsioonikiiruse sõltuvus temeratuurist Tabel 2 Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na 2S 2O 3 kontsentratsioonist Tabel 3 Katseklaaside aar Katse temeratuur t C 30 2 40 3 50 4 60 Protokolli vormistamine Aeg τ min Reaktsioonikiirus v = /τ min -. Protokoll eab sisaldama uuritava reaktsiooni võrrandi ning korrektselt vormistatud tabelid. 2. Katsetulemuste alusel joonistada kaks graafikut, mis kirjeldavad a) reaktsioonikiiruse v sõltuvust reageerivate ainete kontsentratsioonist v = f (C) b) reaktsioonikiiruse v sõltuvust katse temeratuurist v = f (t) 3. Arvutada reaktsiooni keskmine temeratuuritegur γ k. Selleks leida van't Hoffi reegli õhjal temeratuuritegurid (γ, γ 2 ja γ 3) algul kolmele temeratuurivahemikule eraldi (vahemikud 30 40 C; 40 50 C ja 50 60 C) ning võtta seejärel nendest keskmine. 4. Kirjutada järeldused, mis näitavad a) kuidas sõltub reaktsioonikiirus ühe lähteaine Na 2S 2O 3 kontsentratsioonist ning milline on selle reaktsiooni järk Na 2S 2O 3 suhtes b) mitu korda tõuseb antud reaktsiooni kiirus temeratuuri tõstmisel 0 C võrra Graafikute vormistamisest Alustades tabelist 3 tuleks toimida nii: Esmalt hinnata suurimad väärtused x (kontsentratsioon) ja y (kiirus) telgedel: 6,0 ja 0,66. Seejärel mõelda välja samm mõlema telje tarvis. Samm eab olema ühtlane ja ilusate numbriliste väärtustega (sõltuvalt arvude suurusest 0, 0,2 0,25 0,5 või siis 2 ja 5 või 0,0 0,02 0,025 0,05 mitte aga 0,33 0,7 vms, ei soovitata ka murdarve /2 /3 ). Mitte anna telgedele otse tabelist võetud väärtusi 0,9 0,28 0,45 jne, ealegi veel ebaühtlaste vahedega. Antud tabeli uhul sobiks x telje sammuks 2 (nullist kaheksani) ja y telje sammuks 0,2 (nullist 0,8-ni). Siiski ole alati vajalik just nullist alustada. Na 2 S 2 O 3 suhteline konts. Aeg τ min : s Aeg τ min Kiirus v min - 2,0 5:8 5,30 0,9 3,0 3:36 3,60 0,28 4,0 2:2 2,20 0,45 6,0 :30,50 0,66 Joonistada teljed, kanda telgedele ühtlaste vahedega jaotused, kirjutada jaotuste juurde numbrid. Võib kirjutamata jätta näiteks iga teise numbri, aga vähemalt kolm-neli numbrit eaks telgede juures ikkagi olema. Märkida telgede juurde ka suurus, mis antud teljel esitatud Na 2S 2O 3 suhteline konts. x teljele ja v, min y teljele (vt. joonis). Märkida graafikule unktid (markeriks ei tohi olla lihtsalt liiatsitä, eelistada tuleks ristikest kolmnurka, seest tühja ringikest vms ). Kõige sellega saab näiteks Exel suureäraselt ise hakkama, kui valida õige graafikutüü (Satter) ja alamtüü (markerid ilma neid ühendava sirgeta). Tõmmata unktidest joonlauaga või lekaaliga läbi sirge või kõver, mis teie arvates sõltuvust kõige aremini iseloomustab. (Exelis: Add Trendline). Matemaatiliselt vastab sellele nn "vähemruutude meetod" sirge tõmmatakse nii, et katseunktide kõrvalekalded sirgest oleksid minimaalsed. v, min - v, min - 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 6 5 4 3 2 0 A B Na 2 S 2 O 3 suhteline kontsentratsioon 20 30 40 50 60 t, o C v = f (C) v = f (t) Joonis. Reaktsioonikiiruse sõltuvus ühe lähteaine kontsentratsioonist (A) ja katse temeratuurist (B). 9 0

Kordamisküsimused Mõisted o Keemiline tasakaal o La Chatelier' rintsii o Keemilise reaktsiooni kiirus (ühikud) o Massitoimeseadus (valem) o Reaktsiooni kiirust mõjutavad tegurid o Reaktsiooni tasakaalu nihkumist õhjustavad tegurid o Katalüüs, katalüsaatorid 9. Visandada graafik, mis kirjeldab reaktsioonikiiruse sõltuvust temeratuurist. 0. Visandada graafik, mis kirjeldab ühe lähteaine suhtes a) esimest järku b) teist järku reaktsiooni kiiruse sõltuvust selle aine kontsentratsioonist.. Mitu korda kasvab järgmise reaktsiooni kiirus, kui suurendada a) CO kontsentratsiooni 2 korda b) O 2 kontsentratsiooni 2 korda 2CO(g) + O 2(g) 2CO 2(g) arvestades, et reaktsiooni järgud vastavate ainete suhtes võib lugeda võrdseks koefitsientidega reaktsioonivõrrandis? Küsimused ja ülesanded. Millised reaktsioonid on öörduvad, millised öördumatud tuua näiteid. 2. Millises suunas nihkub reaktsiooni CO 2(g) + H 2(g) CO(g) + H 2O(g) tasakaal, kui a) reaktsiooni keskkonda lisada veeauru, b) reaktsiooni keskkonda juhtida süsinikdioksiidi, ) reaktsiooni keskkonnast juhtida välja vesinikku, d) reaktsiooni keskkonnast juhtida välja süsinikmonooksiidi, e) reaktsiooni keskkonnast juhtida välja veeauru. 3. Kuidas nihkub reaktsiooni N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) ( H = -92,4 kj) tasakaal a) rõhu muutmisel, b) temeratuuri muutmisel, ) lämmastiku, vesiniku ja ammoniaagi kontsentratsioonide muutmisel? 4. Mitu korda kasvab reaktsioonikiirus, kui temeratuuritegur γ = 3 ja temeratuuri tõsta 20 C võrra? [ 9 korda] 5. Milline on reaktsiooni temeratuuriteguri väärtus, kui temeratuuri tõstmisel 20 C juurest 40 C-ni kasvas reaktsioonikiirus 6 korda? [γ = 4] 6. Arvutada reaktsiooni temeratuuritegur, kui 30 C juures kulus reaktsiooni toimumiseks 5 minutit, 50 C juures aga 80 sekundit. [γ =.9] 7. Kui alju aega kulub reaktsiooni toimumiseks 5 C juures, kui 25 C juures kulus selleks 40 sekundit ja reaktsiooni temeratuuritegur on 2,0? [3 min ja 9 s] 8. Kirjutada järgmiste reaktsioonide tasakaalukonstandi (K ) avaldised: N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) 2 NO(g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 2C(s) + O 2(g) 2CO(g) 2