Кинетика химических реакций - Скорость химических процессов. Химическое равновесие, принцип Ле-Шателье

Общие понятия и определения. Термодинамический и кинетический критерий реакционной способности химической системы. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции (концентрация, температура, катализаторы, среда и др.).

Химическая кинетика - раздел химии, изучающий скорость и механизм химических превращений.

Все химические процессы, наблюдаемые в природе и осуществляемые человеком в его практической деятельности, протекают во времени с определенными скоростями.

Часто в химической системе, содержащей исходные химические вещества, могут протекать химические реакции с образованием различных конечных продуктов.

Например, из смеси углерода и водорода при определенных условиях (Р, Т, катализатор) могут быть получены альдегиды, органические кислоты, спирты и различные углеводороды. При осуществлении химического процесса стремятся проводить его так, чтобы выход какого-нибудь продукта был максимальным. Для этого надо создать такие условия, при которых скорость образования необходимого продукта будет значительно больше скоростей всех других возможных реакций.

Химическая кинетика, как и термодинамика, является теоретической базой химической технологии. Поэтому состояние и достижения науки в области кинетики и катализа в значительной степени определяют технический уровень производства в химической промышленности.

Важнейшей количественной характеристикой протекания химической реакции во времени является скорость реакции.

Скорость реакции - число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объема (гомогенные реакции) или на единице поверхности раздела фаз (гетерогенные реакции).

Изменение количества вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени.

V = Спрод/ = Сисх/.

Размерность: [v]=моль/с.

Сисх, так как скорость должна быть величиной положительной, а исходные вещества расходуются, то есть n<0.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

1. природа реагирующих веществ.

Факторы атомного строения

В химическом строении реагентов основным фактором является энергия разрыва наименее прочных связей, а также энергия удаления или присоединения электронов

2. концентрация реагирующих веществ.

На скорость реакции, прежде всего, влияет концентрация реагирующих веществ. химия кинетика термодинамический

Можно показать, что для реакции

А + В = АВ

Скорость реакции выражается уравнением:

V = k [А] [В],

Где k - коэффициент пропорциональности - константа скорости реакции, она не зависит от концентрации реагирующих веществ и времени.

Для реакции

АА + bВ = сС + dD

Vпр. = k [А]а [В]b Vобр. = k [С]с [D]d

Закон Гульдберга-Вааге: скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению молярных концентраций всех реагентов, каждая из которых возведена в степень, равную коэффициенту при веществе в кинетическом уравнении реакции.

Границы применимости: для кинетических уравнений.

Для реакций с участием газов концентрация пропорциональна давлению:

C=n/V=p/(RT),

Поэтому СХР зависит и от давления;

3. температура

С повышением температуры скорость большинства реакций резко возрастает, так как быстро увеличивается число частиц с высокой энергией столкновения;

Смесь 2 Н 2 + О 2 = Н 2О

При комнатной температуре Vпр. = 0, при 1000С - идет со взрывом.

Правило Вант-Гоффа (1884):

При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость гомогенных реакций возрастает в 2-4 раза.

Величина, показывающая, во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении температуры на 10 0С называется Температурным коэффициентом ().

Пусть = 3, tнач = 300С, tкон = 800С,

Границы правила Вант-Гоффа: для реакций с 80Еакт.160 кДж/моль.

При увеличении температуры увеличивается Еакт.

Энергия активации - минимальная энергия, достаточная для осуществления акта химического взаимодействия.

Еакт. расходуется на Ослабление химических связей в молекулах исходных веществ и на преодоление взаимного отталкивания при соударении частиц.

Более выгодно через активный комплекс, т. к. затрачивается меньше энергии

Уравнение для Температурной зависимости константы скорости реакции (уравнением Аррениуса):

K = AeЕакт/(RT) или k = ln A.

Где е=2,718... основание натуральных логарифмов,

R газовая постоянная,

A константа, не зависящая от T.

Опыт: по взаимодействию

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2 + Sv.

4. скорость подвода реагентов и отвода продуктов на границе фаз гетерогенной реакции

В стационарных состояниях гетерогенные реакции обычно идут медленно, а измельчение и перемешивание сильно их ускоряет; порошки реагируют быстро, а крупные куски и монокристаллы долго;

5. присутствие в системе некоторых нерасходуемых веществ

Они могут замедлять реакцию это Ингибиторы, и ускорять реакцию Катализаторы.

Влияние катализатора сводится к снижению энергии активации. Катализатор образует нестойкие соединения с реагентами и изменяет природу лимитирующей стадии. На энергетической диаграмме показан Гомогенный катализ (реакция в газе или растворе). Процесс разбивается на 2 стадии, с энергиями активации Ea1 и Ea2 и активными комплексами АК 1 и АК 2. В случае ингибитора АК 2 лежит выше по энергии, чем АК.

Похожие статьи




Кинетика химических реакций - Скорость химических процессов. Химическое равновесие, принцип Ле-Шателье

Предыдущая | Следующая