by Ferdowsi at AUT

1. Ferdowsi
1

2. ‫شیمیایی‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫مهندسی‬

3. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
1 ‫مقدمه‬
2
3
4
5
6

4. Introduction
4
‫واکنش‬ ‫سرعت‬
:
‫است‬ ‫غلظت‬ ‫و‬ ‫فشار‬ ،‫دما‬ ‫به‬ ‫وابسته‬
.
‫با‬
𝑟𝑖
‫شود‬‫می‬ ‫داده‬ ‫نشان‬
.
𝑟𝑖 = ƒ ‫غلظت‬ ‫و‬ ‫دما‬ ‫و‬ ‫فشار‬
‫هستند‬ ‫وابسته‬ ‫یکدیگر‬ ‫به‬ ‫متغیرها‬ ‫این‬
.
‫می‬ ‫را‬ ‫فاز‬ ‫دمای‬ ‫و‬ ‫غلظت‬ ،‫فشار‬ ‫کردن‬ ‫مشخص‬ ‫با‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬
‫آورد‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫توان‬
.
‫برای‬ ‫پس‬
‫داریم‬ ‫متجانس‬ ‫های‬‫واکنش‬
:
𝑟𝑖 = ƒ ‫غلظت‬ ‫و‬ ‫دما‬
‫زیر‬ ‫متجانس‬ ‫واکنش‬ ‫در‬
:
aA + bB + …  rR + sS +…
−𝑟𝐴 = 𝐾 𝑇 𝐶𝐴
𝑎
𝐶𝐵
𝑏
… → 𝑎 + 𝑏 = 𝑛

‫ابتدایی‬ ‫واکنش‬ ‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬ ‫تنها‬ ‫و‬ ‫نیست‬ ‫استوکیومتری‬ ‫ضرایب‬ ‫با‬ ‫نمائی‬ ‫ضرایب‬ ‫برابری‬ ‫به‬ ‫لزومی‬
‫برابرند‬ ‫باهم‬ ‫باشد‬
.
aA + bB  rR + sS ‫از‬ ‫عبارتست‬ ‫اجزاء‬ ‫از‬ ‫هرکدام‬ ‫های‬‫سرعت‬ ‫بین‬ ‫رابطه‬ ،‫بگیریم‬ ‫درنظر‬ ‫را‬ ‫روبرو‬ ‫واکنش‬ ‫اگر‬
:
−𝑟𝐴
𝑎
=
−𝑟𝐵
𝑏
=
𝑟𝑅
𝑟
=
𝑟𝑆
𝑠
‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫ثابت‬
‫واکنش‬ ‫کلی‬ ‫درجه‬

5. 5
01 02
‫مرکب‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫منفرد‬ ‫های‬‫واکنش‬
‫وقتی‬
‫بیش‬
‫از‬
‫یک‬
‫معادله‬
‫شیمیایی‬
‫برای‬
‫توجیه‬
‫تغییرات‬
‫در‬
‫واکنش‬
‫و‬
‫ب‬
‫یش‬
‫از‬
‫یک‬
‫معادله‬
‫سرعت‬
‫برای‬
‫محاسبه‬
‫ای‬
‫ن‬
‫تغییرات‬
‫الزم‬
‫باشد‬
.
‫برای‬ ‫سرعت‬ ‫معادله‬ ‫یک‬ ‫و‬ ‫شیمیایی‬ ‫معادله‬ ‫یک‬
‫باشد‬ ‫کافی‬ ‫واکنش‬ ‫پیشرفت‬ ‫دادن‬ ‫نشان‬
.
‫ها‬‫واکنش‬
𝐴 → 𝐵
𝐴 → 𝐵 + C
𝐴 ↔ 𝐵
𝐴 → 𝐵 → 𝐶
A
B
C

6. 6
‫منفرد‬ ‫های‬‫واکنش‬
1
-
‫ابتدایی‬ ‫های‬‫واکنش‬
(
‫بنیادی‬
:)
‫م‬ ‫بین‬ ‫مستقیمی‬ ‫ی‬‫رابطه‬ ‫آنها‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫گیرند‬‫می‬ ‫صورت‬ ‫مرحله‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫هستند‬ ‫های‬‫واکنش‬
‫عادله‬
‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫شیمیایی‬
.
aA + bB  rR + sS
𝑟𝐴 = −𝐾𝐶𝐴
𝑎
𝐶𝐵
𝑏
2
-
‫غیرابتدایی‬ ‫های‬‫واکنش‬
:
‫ن‬ ‫وجود‬ ‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫شیمیایی‬ ‫معادله‬ ‫بین‬ ‫مستقیمی‬ ‫ی‬‫رابطه‬ ‫هیچگونه‬ ‫که‬ ‫هنگامی‬
‫داشته‬
‫باشد‬
.
‫نمی‬ ‫ها‬‫واکنش‬ ‫از‬ ‫دسته‬ ‫این‬ ‫برای‬
‫نوشت‬ ‫باال‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫سرعت‬ ‫معادله‬ ‫توان‬
.
‫شیمیایی‬ ‫سینتیک‬ ‫نظر‬ ‫از‬ ‫ابتدایی‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫در‬ ‫تعادل‬
A + B
‫است‬ ‫یکسان‬ ‫برگشت‬ ‫و‬ ‫رفت‬ ‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫همواره‬ ‫تعادل‬ ‫حالت‬ ‫در‬
:
𝐾𝑐 =
𝐾1
𝐾2
=
𝐶𝑅𝐶𝑆
𝐶𝐴𝐶𝐵
𝐾1
𝐾2
R + S

7. 7
‫سرعت‬ ‫ثابت‬ ‫ابعاد‬ ‫یافتن‬
:
‫سیستم‬ ‫در‬ ‫سرعت‬ ‫واحد‬
SI
:
𝑟𝐴 =
𝑚𝑜𝑙
𝑚3.𝑆
−𝑟𝐴 = 𝐾𝐶𝐴
𝑛
‫سرعت‬ ‫معادله‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫دما‬ ‫تابع‬ ‫جمله‬
1
-
‫ترمودینامیک‬ ‫نظر‬ ‫از‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫وابستگی‬
(
‫آرنیوس‬ ‫نظریه‬
)
𝑲 = 𝑲𝟎𝒆(−𝑬
𝑹𝑻)

𝑲𝟎
‫و‬
E
‫و‬ ‫ثابت‬ ‫همواره‬
E
‫است‬ ‫مثبت‬ ‫همواره‬
.

‫فعالیت‬ ‫انرژی‬ ‫با‬ ‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫ثابت‬ ‫اگر‬
E
‫دمای‬ ‫در‬ ،
T1
‫زمان‬ ‫و‬
t1
‫برابر‬
K1
‫دمای‬ ‫در‬ ‫و‬
T2
‫زمان‬ ‫و‬
t2
‫برابر‬
K2
‫داریم‬ ‫آرنیوس‬ ‫معادله‬ ‫طبق‬ ‫آنگاه‬ ‫باشد‬
:
҉
𝑡1
𝑡2
=
𝑘1
𝑘2
= exp
−𝐸
𝑅
1
𝑇1
−
1
𝑇2
→ 𝑘 ∝
1
𝑡
2
-
‫وابستگی‬
‫نظر‬ ‫از‬ ‫دما‬ ‫به‬
‫برخوردی‬ ‫تئوری‬
𝑲 = 𝑻
𝟏
𝟐𝒆(−𝑬
𝑹𝑻)
‫مول‬ ‫دو‬ ‫واکنش‬ ‫یک‬ ‫سرعت‬ ‫گردد‬ ‫واکنش‬ ‫محصول‬ ‫ایجاد‬ ‫به‬ ‫منجر‬ ‫یکدیگر‬ ‫با‬ ‫شونده‬‫ترکیب‬ ‫های‬‫مولکول‬ ‫برخوردهای‬ ‫همه‬ ‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬ ‫فوق‬ ‫معادله‬
‫را‬ ‫کولی‬
‫به‬
‫داد‬ ‫خواهد‬ ‫دست‬
.
‫باشد‬ ‫مقدار‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫کمتر‬ ‫خیلی‬ ‫حقیقی‬ ‫سرعت‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫طبیعی‬
.
𝐾 = (
𝑚𝑜𝑙
𝑚3 )1−𝑛
. 𝑆−1
‫برخورد‬ ‫ضریب‬

8. 8
𝑲 = 𝑻𝒆(−𝑬
𝑹𝑻)
‫است‬ ‫زیر‬ ‫فرضیات‬ ‫بر‬ ‫مبتنی‬ ‫تئوری‬ ‫این‬
:
‫الف‬
-
‫تجزیه‬ ‫خود‬‫به‬ ‫خود‬ ‫جسم‬ ‫این‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫کنند‬‫می‬ ‫ایجاد‬ ‫شود‬‫می‬ ‫نامیده‬ ‫شده‬‫فعال‬ ‫پیچیده‬ ‫که‬ ‫را‬ ‫ناپایداری‬ ‫واسطه‬ ‫ابتدا‬ ‫شونده‬‫ترکیب‬ ‫اجسام‬
‫مح‬ ‫به‬ ‫و‬
‫صوالت‬
‫گردد‬‫می‬ ‫تبدیل‬ ‫واکنش‬
.
‫ب‬
-
‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫لحظات‬ ‫تمام‬ ‫در‬ ‫شده‬‫فعال‬ ‫پیچیده‬ ‫و‬ ‫شونده‬‫ترکیب‬ ‫اجسام‬ ‫های‬‫غلظت‬ ‫بین‬ ‫تعادلی‬ ‫حالت‬
.
҉Van 't Hoff equation
‫است‬ ‫برقرار‬ ‫زیر‬ ‫رابطه‬ ‫یکسان‬ ‫دمای‬ ‫در‬ ‫برگشت‬ ‫و‬ ‫رفت‬ ‫سرعت‬ ‫های‬‫ثابت‬ ‫بین‬ ،‫بگیرید‬ ‫درنظر‬ ‫را‬ ‫روبرو‬ ‫پذیر‬‫برگشت‬ ‫واکنش‬
.
A
𝑘1 = 𝑘10
𝑒
−𝐸1
𝑅𝑇
𝑘2 = 𝑘20
𝑒
−𝐸2
𝑅𝑇
3
-
‫واسطه‬ ‫حالت‬ ‫تئوری‬ ‫نظر‬ ‫از‬ ‫دما‬ ‫وابستگی‬
(
‫گذرا‬
)
B
𝐾1
𝐾2
𝐾𝐶 = ‫تعادلی‬ ‫ثابت‬ =
𝑘1
𝑘2
=
𝑘10
𝑘20
𝑒
−(𝐸1−𝐸2)
𝑅𝑇
𝑙𝑛𝑘𝑐 = ln
𝑘10
𝑘20
−
∆𝐻𝑅𝑥𝑛
𝑅𝑇
→
𝑑𝑙𝑛𝑘𝑐
𝑑𝑇
=
∆𝐻𝑅𝑥𝑛
𝑅𝑇2

9. 9
‫پیچیده‬ ‫های‬‫واکنش‬
(
‫ابتدایی‬ ‫غیر‬
:)
‫اند‬‫گردیده‬ ‫تشکیل‬ ‫ابتدایی‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫سلسله‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫انفعاالت‬ ‫و‬ ‫فعل‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫کنیم‬‫می‬ ‫فرض‬ ،‫واکنش‬ ‫سرعت‬ ‫یافتن‬ ‫برای‬ ‫ها‬‫واکنش‬ ‫این‬ ‫در‬
‫اس‬ ‫با‬ ‫و‬
‫از‬ ‫تفاده‬
‫آوریم‬‫می‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫سرعت‬ ‫معادله‬ ‫پایا‬ ‫حالت‬ ‫تقریب‬
.
‫است‬ ‫استوار‬ ‫زیر‬ ‫اصل‬ ‫دو‬ ‫بر‬ ‫پایا‬ ‫حالت‬ ‫تقریب‬
:
1
-
‫سازنده‬ ‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬
i
‫ابتدایی‬ ‫واکنش‬ ‫در‬ ‫سازنده‬ ‫آن‬ ‫متغیر‬ ‫های‬‫سرعت‬ ‫مجموع‬ ‫با‬ ‫است‬ ‫برابر‬ ‫آن‬ ‫کلی‬ ‫سرعت‬ ‫کند‬ ‫دخالت‬ ‫مرحله‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫بیش‬ ‫در‬
.
2
-
‫سرعت‬ ‫توان‬‫می‬ ‫کم‬ ‫خطای‬ ‫با‬ ‫درنتیجه‬ ‫و‬ ‫نبوده‬ ‫زیاد‬ ‫کوتاه‬ ‫های‬‫زمان‬ ‫در‬ ‫ها‬‫آن‬ ‫تغییرات‬ ‫است‬ ‫اندک‬ ‫بسیار‬ ‫واسطه‬ ‫مواد‬ ‫غلظت‬ ‫اینکه‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬
‫ت‬
‫غی‬
‫ها‬‫آن‬ ‫یرات‬
‫گرفت‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫صفر‬ ‫برابر‬ ‫را‬
.
‫مثال‬
1
:
‫شود‬‫می‬ ‫انجام‬ ‫زیر‬ ‫مکانیزم‬ ‫با‬ ‫روبرو‬ ‫پیچیده‬ ‫واکنش‬
.
‫سرعت‬ ‫معادله‬
A
‫آورید‬ ‫بدست‬ ‫را‬
.
A + 2B
‫مثال‬
2
:
‫در‬ ‫واکنش‬ ‫یک‬ ‫سرعت‬
°C
327
‫در‬ ‫آن‬ ‫سرعت‬ ‫برابر‬ ‫سه‬
°C
200
‫است‬
.
‫است؟‬ ‫مول‬ ‫گرم‬ ‫بر‬ ‫کیلوکالری‬ ‫چند‬ ‫واکنش‬ ‫فعالسازی‬ ‫انرژی‬
(
‫براب‬ ‫گازها‬ ‫ثابت‬
‫ر‬
R = 1.98 cal/gmolk
‫است‬
.
‫مثال‬
3
:
‫دمای‬ ‫در‬
°C
2100
‫مقدار‬ ‫به‬ ‫زیر‬ ‫واکنش‬ ‫طبق‬ ‫بر‬ ‫آب‬ ‫بخار‬ ،‫اتمسفر‬ ‫یک‬ ‫فشار‬ ‫و‬
1.18
%
‫مقدار‬ ،‫است‬ ‫شده‬ ‫تجزیه‬
Kp
‫آورید‬ ‫بدست‬ ‫دما‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫را‬
.
2𝐻2𝑂
C
A A*
𝐾1
𝐾2
A* + 2B C
𝑘3
2𝐻2 + 𝑂2

10. ‫تشکر‬ ‫با‬