အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင်- အပူချိန်က ဓာတ်ပြုမှုများကို အဘယ်ကြောင့် မြန်စေသနည်း

ဓာတ်ပြုမှုပုံပေါ်ရှိ စွမ်းအင်အတားအဆီး

ဓာတ်ပြုမှုပုံသည် စွမ်းအင်ကို ဓာတ်ပြုမှု၏ တိုးတက်မှုနှင့် ဆွဲပြသည်။ ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများသည် ဘယ်ဘက်တွင်၊ ထုတ်ကုန်များသည် ညာဘက်တွင် ရှိပြီး ၎င်းတို့ကြားတွင် မျဉ်းကွေးသည် အမြင့်ဆုံးမှတ်တစ်ခုသို့ တက်သည်။ ထိုအမြင့်ဆုံးမှတ်ရှိ အက်တမ်များ၏ စီစဉ်ပုံသည် ကူးပြောင်းအခြေအနေ သို့မဟုတ် လှုံ့ဆော်ထားသော ကွန်ပလက်ဆိုဒ် ဖြစ်သည်- နှောင်ကြိုးဟောင်းများ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ကျိုးပြီး နှောင်ကြိုးအသစ်များ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ဖွဲ့စည်းနေသော ခဏတာ ဖွဲ့စည်းပုံ။

အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင် Ea သည် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများမှ တိုင်းတာသော အတားအဆီး၏ အမြင့် ဖြစ်သည်။ ပြောင်းပြန်ဓာတ်ပြုမှုတွင် ထုတ်ကုန်များမှ တိုင်းတာသော ကိုယ်ပိုင်အတားအဆီး ရှိသည်။ အတားအဆီး နှစ်ခုနှင့် အင်သာလ်ပီပြောင်းလဲမှုသည် ဆက်စပ်နေသည်- ΔH = Ea(forward) − Ea(reverse)။ ဥပမာ ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုတွင် Ea(forward) = 75 kJ/mol နှင့် ΔH = −40 kJ/mol ရှိလျှင် ပြောင်းပြန်အတားအဆီးမှာ 75 − (−40) = 115 kJ/mol ဖြစ်သည်။ အပူထုတ် ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုတွင် ပြောင်းပြန်အတားအဆီးသည် ရှေ့သို့အတားအဆီးထက် အမြဲ ပိုမြင့်သည်။

ΔH ၏ အရွယ်အစားက Ea ၏ အရွယ်အစားကို မပြောပြပါ။ ပြင်းထန်စွာ အပူထုတ်သော ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုသည် ၎င်း၏ အတားအဆီး မြင့်လျှင် အလွန်နှေးကွေးနိုင်ဆဲ ဖြစ်သည်။ အခန်းအပူချိန်ရှိ လေထဲတွင် ဟိုက်ဒရိုကာဗွန်တစ်ခု လောင်ကျွမ်းခြင်းသည် နေ့စဉ်ဥပမာ ဖြစ်သည်။

တိုက်မိမှုများ၊ စွမ်းအင်နှင့် ဦးတည်ရာ

တိုက်မိမှုသီအိုရီအရ မော်လီကျူးများသည် ဓာတ်ပြုရန် တိုက်မိရမည်ဖြစ်ပြီး တိုက်မိမှုတစ်ခုသည် အခြေအနေ နှစ်ခု ပြည့်မီမှသာ ဓာတ်ပြုမှုသို့ ဦးတည်သည်။ မော်လီကျူးများသည် အနည်းဆုံး အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင်ဖြင့် တိုက်မိရမည်ဖြစ်ပြီး မှန်ကန်သော အက်တမ်များ တွေ့ဆုံစေရန် ဦးတည်ရာ မှန်ရမည်။

မည်သည့်အပူချိန်တွင်မဆို မော်လီကျူးရွေ့လျားစွမ်းအင်များသည် ကျယ်ပြန့်သော အပိုင်းအခြားတစ်လျှောက် ပျံ့နှံ့နေသည်။ အနည်းဆုံး Ea စွမ်းအင်ရှိသော တိုက်မိမှုများ၏ အပိုင်းကိန်းသည် ခန့်မှန်းခြေ exp(−Ea/RT) ဖြစ်ပြီး exp(x) ဆိုသည်မှာ e ၏ x ထပ်ကိန်း ဖြစ်သည်။ ထိုအပိုင်းကိန်းသည် သေးငယ်သော်လည်း အပူချိန်ကို အလွန် အာရုံခံသည်။ Ea = 50.0 kJ/mol အတွက် Ea/RT သည် 298.15 K တွင် 20.17 နှင့် 308.15 K တွင် 19.52 ဖြစ်သောကြောင့် အပိုင်းကိန်းသည် 1.7 × 10⁻⁹ မှ 3.3 × 10⁻⁹ သို့ 1.9 ဆ မြင့်တက်သည်။ ကယ်လ်ဗင်အားဖြင့် 3 ရာခိုင်နှုန်းခန့်သာ ပိုများသော 10 °C မြင့်တက်မှုက နှုန်းကို နှစ်ဆနီးပါး ဖြစ်စေသည်။

10 °C မြင့်တက်တိုင်း နှုန်းများ နှစ်ဆဖြစ်သည်ဟူသော ရင်းနှီးသည့် လက်တွေ့စည်းမျဉ်းသည် အခန်းအပူချိန်အနီးနှင့် 50 kJ/mol ခန့်ရှိ အတားအဆီးများအတွက်သာ မှန်ကန်သည်။ 25 °C နှင့် 35 °C ကြားတွင် 20 kJ/mol အတားအဆီးက 1.3 ဆသာ ပေးပြီး 100 kJ/mol အတားအဆီးက 3.7 ဆ ပေးသည်။

အာရီနီးယပ်စ်ညီမျှခြင်း၏ ပုံစံ သုံးမျိုး

အာရီနီးယပ်စ်ညီမျှခြင်းမှာ k = A exp(−Ea/RT) ဖြစ်သည်။ ဤနေရာတွင် A သည် ကြိမ်နှုန်းကိန်း ဖြစ်ပြီး မော်လီကျူးများ မည်မျှ မကြာခဏ တိုက်မိသည်နှင့် တိုက်မိမှု မည်မျှတွင် သင့်လျော်သော ဦးတည်ရာ ရှိသည်ကို ထင်ဟပ်သည်။ R သည် ဓာတ်ငွေ့ကိန်းသေ 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ (NIST CODATA တန်ဖိုး၊ အနီးစပ်ဆုံးယူထားသည်) ဖြစ်ပြီး T သည် ကယ်လ်ဗင်ဖြင့် ဖြစ်သည်။ R သည် ဂျူးဖြင့် ဖြစ်လျှင် Ea သည် တစ်မိုလ်လျှင် ဂျူးဖြင့် ဖြစ်ရမည်။

သဘာဝလော်ဂရစ်သမ် ယူလျှင် မျဉ်းဖြောင့်ပုံစံ ရသည်- ln k = −(Ea/R)(1/T) + ln A။ ln k ကို 1/T နှင့် ဆွဲပြသော ဂရပ်တွင် စောင်းမှု −Ea/R နှင့် ဖြတ်မှတ် ln A ရှိသည်။ အပူချိန်များစွာတွင် နှုန်းကိန်းသေများ ရှိသည့်အခါ ၎င်းသည် အကောင်းဆုံးနည်းလမ်း ဖြစ်သည်။

အပူချိန် နှစ်ခုအတွက် မျဉ်းဖြောင့်ပုံစံကို ရေးပြီး နုတ်ခြင်းက အမှတ်နှစ်ခုပုံစံကို ပေးသည်- ln(k₂/k₁) = −(Ea/R)(1/T₂ − 1/T₁)။ k₁, k₂, T₁, T₂ နှင့် Ea ပမာဏများထဲမှ မည်သည့် လေးခုကိုမဆို သိလျှင် ၎င်းက ပဉ္စမတစ်ခုကို ပေးသည်။ ကြိမ်နှုန်းကိန်းသည် ပယ်ဖျက်သွားသောကြောင့် ၎င်းကို သိရန် မလိုပါ။

နမူနာတွက်ချက်မှု- နှုန်းကိန်းသေ နှစ်ခုမှ Ea

OpenStax အပိုင်း 12.5 က ပြိုကွဲမှု 2 HI(g) → H₂(g) + I₂(g) အတွက် အပူချိန် ငါးခုတွင် ဒုတိယအော်ဒါ နှုန်းကိန်းသေများကို စာရင်းပြုထားသည်။ ၎င်းတို့ထဲမှ နှစ်ခုမှာ T₁ = 575 K တွင် k₁ = 1.22 × 10⁻⁶ L mol⁻¹ s⁻¹ နှင့် T₂ = 700 K တွင် k₂ = 1.16 × 10⁻³ L mol⁻¹ s⁻¹ ဖြစ်သည်။

အမှတ်နှစ်ခုပုံစံကို ပြန်စီပါ- Ea = R ln(k₂/k₁) / (1/T₁ − 1/T₂)။ အချိုး k₂/k₁ သည် 951 ဖြစ်ပြီး ln 951 = 6.857 ဖြစ်သည်။ ပြောင်းပြန်အပူချိန်များမှာ 1/575 K = 1.7391 × 10⁻³ K⁻¹ နှင့် 1/700 K = 1.4286 × 10⁻³ K⁻¹ ဖြစ်ပြီး 3.106 × 10⁻⁴ K⁻¹ ကွာခြားသည်။ ထို့ကြောင့် Ea = (8.314 J mol⁻¹ K⁻¹)(6.857) / (3.106 × 10⁻⁴ K⁻¹) = 1.84 × 10⁵ J/mol သို့မဟုတ် 184 kJ/mol ဖြစ်သည်။

1/T တွင် ဂဏန်းအပိုများ ထားပါ။ ပြောင်းပြန်ကိန်း နှစ်ခုကြား ကွာခြားချက်သည် တစ်ခုခုထက် များစွာ သေးငယ်သောကြောင့် ၎င်းတို့ကို အရေးပါသော ဂဏန်း နှစ်လုံးသို့ ဦးစွာ အနီးစပ်ဆုံးယူခြင်းက Ea ကို ရာခိုင်နှုန်း အများအပြား ရွှေ့စေနိုင်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု- အမှတ်ငါးခုပါ အာရီနီးယပ်စ်ဂရပ်နှင့် ခန့်မှန်းချက်

ဒေတာအမှတ် ငါးခုလုံးကို အသုံးပြုခြင်းသည် တိုင်းတာမှုတစ်ခုစီရှိ အမှားကို ပျမ်းမျှချေဖျက်ပေးသောကြောင့် နှစ်ခုကို အသုံးပြုခြင်းထက် ပိုကောင်းသည်။ OpenStax တန်ဖိုးများမှာ 555, 575, 645, 700 နှင့် 781 K တွင် k = 3.52 × 10⁻⁷, 1.22 × 10⁻⁶, 8.59 × 10⁻⁵, 1.16 × 10⁻³ နှင့် 3.95 × 10⁻² L mol⁻¹ s⁻¹ ဖြစ်သည်။ အတွဲတစ်ခုစီကို 1/T နှင့် ln k သို့ ပြောင်းပြီး စာရင်းဇယားဆော့ဖ်ဝဲ သို့မဟုတ် ဂရပ်ဆွဲဂဏန်းတွက်စက်ကို အသုံးပြု၍ အနည်းဆုံးနှစ်ထပ်ကိန်းနည်းဖြင့် မျဉ်းဖြောင့်ကို ကိုက်ညီအောင် ဆွဲပါ။

ကိုက်ညီအောင်ဆွဲထားသော စောင်းမှုမှာ −2.229 × 10⁴ K ဖြစ်ပြီး အမှတ်များသည် မျဉ်းနှင့် အလွန်နီးကပ်စွာ ရှိသည် (R² = 0.9996)။ ထို့နောက် Ea = −စောင်းမှု × R = 2.229 × 10⁴ K × 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ = 1.85 × 10⁵ J/mol သို့မဟုတ် 185 kJ/mol ဖြစ်ပြီး အမှတ်နှစ်ခု ရလဒ်နှင့် နီးကပ်စွာ ကိုက်ညီသည်။ ဖြတ်မှတ်မှာ 25.20 ဖြစ်သောကြောင့် A = e ၏ 25.20 ထပ်ကိန်း = 8.8 × 10¹⁰ L mol⁻¹ s⁻¹ ဖြစ်သည်။

တိုင်းတာထားသော အမှတ်များကြားရှိ အပူချိန် 625 K တွင် k ကို ခန့်မှန်းရန် ကိုက်ညီအောင်ဆွဲထားသော ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြုပါ- k = (8.8 × 10¹⁰) × e ၏ −(1.853 × 10⁵)/(8.314 × 625) ထပ်ကိန်း = 2.9 × 10⁻⁵ L mol⁻¹ s⁻¹။ ခန့်မှန်းချက်သည် ဖြစ်သင့်သည့်အတိုင်း 575 K နှင့် 645 K ရှိ တိုင်းတာထားသော တန်ဖိုးများကြားတွင် ရှိသည်။ Ea နှင့် A သည် အပူချိန်နှင့်အတူ ရွေ့လျားနိုင်သောကြောင့် တိုင်းတာထားသော အပိုင်းအခြား၏ အဝေးပြင်ပရှိ ခန့်မှန်းချက်များသည် ယုံကြည်ရမှု နည်းသည်။

ဓာတ်ကူပစ္စည်းက အတားအဆီးကို မည်သို့ ပြောင်းလဲစေသနည်း

ဓာတ်ကူပစ္စည်းသည် အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင် ပိုနိမ့်သော မတူညီသည့် ယန္တရားတစ်ခုကို ပေးပြီး အဆုံးတွင် ပြန်လည်ဖြစ်ပေါ်လာသည်။ ၎င်းသည် ရှေ့သို့နှင့် ပြောင်းပြန် ဓာတ်ပြုမှုများအတွက် အတားအဆီးကို တူညီသော ပမာဏဖြင့် လျော့ချသောကြောင့် ဦးတည်ရာ နှစ်ခုလုံးကို ညီတူညီမျှ မြန်စေသည်။ ၎င်းသည် ΔH ကို မပြောင်းလဲစေဘဲ မျှခြေ၏ နေရာကိုလည်း မပြောင်းလဲစေပါ။ ၎င်းသည် စနစ်ကို မျှခြေသို့ ပိုစောစွာ ရောက်ရန်သာ ကူညီသည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု။ အင်ဇိုင်းတစ်ခုက ခန္ဓာကိုယ်အပူချိန် 37.0 °C သို့မဟုတ် 310.15 K တွင် Ea ကို 20.0 kJ/mol လျော့ချပြီး A မပြောင်းလဲဟု ယူဆပါ။ နှုန်းကိန်းသေသည် e ၏ (20 000 J/mol)/(8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ × 310.15 K) ထပ်ကိန်း = e ၏ 7.756 ထပ်ကိန်း = 2.3 × 10³ ဆ တိုးလာသည်။ Ea သည် ထပ်ကိန်းထဲတွင် ရှိသောကြောင့် အတားအဆီးတွင် အလယ်အလတ်ဟု ထင်ရသော ပြောင်းလဲမှုက နှစ်ထောင်ဆထက် ပိုမြန်သော နှုန်းကို ပေးသည်။

အာရီနီးယပ်စ် တွက်ချက်မှု အမှားများ

အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင်ကို မဖော်ပြမီ ၎င်းသည် အပေါင်းဖြစ်ပြီး သင့်လျော်သော အရွယ်အစား ရှိကြောင်း စစ်ဆေးပါ။ အထွေထွေဓာတုဗေဒတွင် လေ့လာသော ဓာတ်ပြုမှုအများစုအတွက် အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင်များသည် တစ်မိုလ်လျှင် ကီလိုဂျူး ဆယ်ဂဏန်းမှ ရာဂဏန်း အနည်းငယ်အထိ ဖြစ်သည်။

• kJ နှင့် J ကို ရောထွေးခြင်း- R = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ ဖြင့် Ea သည် J/mol ဖြင့် ဖြစ်ရမည်။ တစ်ထောင်ဆ ငယ်လွန်းသော သို့မဟုတ် ကြီးလွန်းသော တန်ဖိုးသည် များသောအားဖြင့် ဤချော်ယွင်းမှုကို ဆိုလိုသည်။
• စင်တီဂရိတ်အပူချိန်များကို အသုံးပြုခြင်း။ 1/T သည် ကယ်လ်ဗင်ကို အသုံးပြုရမည်။
• T₁ နှင့် T₂ နှင့် နှိုင်းယှဉ်၍ k₁ နှင့် k₂ ကို နေရာလဲခြင်း၊ ၎င်းက Ea ၏ သင်္ကေတကို ပြောင်းပြန်လှန်စေသည်။
• ln အစား log ကို အသုံးပြုခြင်း။ log₁₀ k ကို 1/T နှင့် ဆွဲပြလျှင် စောင်းမှုသည် −Ea/R မဟုတ်ဘဲ −Ea/(2.303R) ဖြစ်သည်။
• 1/T တန်ဖိုးများကို စောစီးစွာ အနီးစပ်ဆုံးယူခြင်း၊ ၎င်းက ၎င်းတို့၏ သေးငယ်သော ကွာခြားချက်တွင် အမှားကို ချဲ့ထွင်စေသည်။
• 10 °C နှစ်ဆစည်းမျဉ်းကို တိကျသကဲ့သို့ အသုံးချခြင်း။