Предисловие, Основные понятия кинетики, Химическая кинетика - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Автору кажется, что логично было бы начать изложение с термодинамики, и лишь потом на ее основе рассматривать кинетику и равновесия: если реакция термодинамически невозможна, то нет смысла обсуждать ее кинетику, а если возможна, то надо рассматривать ее равновесие на основе энергии Гиббса. Именно так строится преподавание на химическом факультете и изложение в большинстве учебников. Изменить эту последовательность пришлось из-за необходимости согласовать теоретический курс с графиком лабораторных работ, с параллельно изучаемым курсом молекулярной физики, а также со структурой единственного учебника, имеющегося в достаточном количестве в библиотеке физического факультета [1].
Данное пособие не дублирует, а дополняет учебники Глинки [1, 2]: внесены уточнения и дополнения и даны конкретные рекомендации к лабораторному практикуму.
Основные понятия кинетики
Химическая кинетика
Химическая кинетика - наука о скоростях и механизмах химических реакций. Термодинамика учит о возможности и невозможности протекания процессов, о равновесии, но не учит, как достигнуть равновесия. Многие термодинамически возможные процессы практически не идут, т. е. их скорость очень мала.
Химические реакции - это превращения одних веществ в другие в результате столкновений молекул, ионов или радикалов друг с другом или с твердым телом в процессе теплового движения (радикал - обломок молекулы с ненасыщенной валентностью и потому неустойчивый, быстро соединяющийся с чем-нибудь).
Гомогенные реакции происходят в однородной среде - газовом, жидком или твердом растворе, а гетерогенные - на границе раздела фаз (газ-жидкость, газ-твердое, жидкость-жидкость, жидкость-твердое, твердое-твердое). Не путайте агрегатное состояние и фазу. Если все реагенты и продукты жидкие, сколько здесь фаз? Не всегда одна! Ведь бывают несмешивающиеся жидкости, например, вода и масло.
Водная щелочь + растительное масло водный раствор мыла + водный глицерин. Здесь две жидкие фазы: водная и масляная.
CaO + SiO2 CaSiO3 - некоторые думают, что это гомогенная реакция, т. к. все твердое. Нет, здесь минимум три твердые фазы. В мельчайших крупинках оксида кальция очень много ионов кальция и совсем нет кремния, а в крупинках оксида кремния - наоборот. Реакция идет в месте контакта этих крупинок, там образуется третья фаза - силикат кальция, которая изолирует реагенты друг от друга. Фаз здесь может быть и больше трех, т. к. возможно параллельное образование также Ca2SiO4 и Ca3SiO5.
BaCl2 (водн.) + H2SO4 (водн.) = BaSO4 (тв.) + 2HCl (водн.).
Оба реагента находятся в гомогенной среде - в одном растворе, но как только образуются кристаллические зародыши сульфата бария - реакция становится гетерогенной, т. к. дальнейшее образование сульфата бария идет на поверхности этих зародышей.
Элементарные акты химических реакций (превращения при столкновениях) происходят за очень короткое время: порядка 10-13 с. Поэтому некоторые реакции (например, нейтрализация кислоты и основания или детонация взрывчатого вещества) протекают практически мгновенно. Но если реагировать могут только частицы очень высокой энергии, которых в веществе очень мало, то элементарные акты происходят очень редко, и заметный внешний результат может появится только через очень длительное время. Например, геологические процессы выветривания горных пород занимают тысячи или даже миллионы лет. Изучение скоростей реакций и факторов, влияющих на них, очень важно и для фундаментальной науки, и особенно для промышленности.
Попутно заметим, что механизмы реакций гораздо труднее для изучения. Мы довольно много знаем о структуре и свойствах исходных веществ и продуктов (их можно изучать месяцами), об изменениях внутренней энергии и других функций состояния (см. § 12.1), и гораздо меньше - о механизмах: как начальное состояние превратилось в конечное. Проблема в том, что промежуточное состояние существует ничтожно малое время. Для изучения механизмов применяют метод меченых атомов (т. е. необычных изотопов элементов), изучение скоростей реакций, фемтосекундную спектроскопию и другие экспериментальные методы, а также компьютерное моделирование методами квантовой химии.
Похожие статьи
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Химическим равновесием называется такое состояние химической системы, при котором количества исходных веществ и продуктов не меняются со временем. 1....
-
Основные понятия химической термодинамики - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Прежде чем приступить к изучению предмета химической термодинамики, необходимо ввести ряд терминов и понятий, используемых в этом разделе. Изучаемые...
-
Кинетика химических реакций - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как, например,...
-
К-изменение скорости хим. р-ции, под действием особых ве-в-катализаторов, кот. участвуют в ходе р-ции, но к концу ее остаются в неизменном кол-ве. Виды:...
-
Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает...
-
Если на равновесную с-му не оказ-ся вноешнего воздействия (не изм. темп, давл.), то равновесие м/существовать неизменным долго. Любое внешнее возд-ие...
-
ТЕРМОХИМИЯ - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Уравнения химических реакций, учитывающие тепловые эффекты, называются термохимическими уравнениями. Например: 2Н2(г.)+О2(г.) = 2Н2О(г.); ДН = - 476 кДж....
-
Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них...
-
Термодинамика - наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально...
-
Введение - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимают превращение одних веществ в другие. В результате химических процессов появляются...
-
Слабые (L<<1, L<<100%) нек. мин. к-ты HNO2, H3PO4, HJ NH3, все ост. органич. основания (Me(OH)2), больш-во органич. кислот НСООН, СН3СООН,...
-
Энергия Гельмгольца Изохорно-изотермический потенциал F = U - TS Величина ( V - TS ) является свойством системы; она называется энергией Гельмгольца....
-
Составление химических уравнений, Расчеты по химическим уравнениям - Основные понятия и законы химии
Включает три этапа: 1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "®" : HgO ®...
-
Катализ - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Наиболее сильное влияние на скорость реакции оказывает присутствие в реагирующей системе Катализатора -- вещества, которое повышает (а иногда и уменьшает...
-
Энтропия. Движущее начало химических процессов - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Убедившись в полезности знания тепловых эффектов химических превращений, мы, тем не менее, не смогли ответить на вопрос: "Почему одни химические реакции...
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Основные законы химии - Основные понятия и законы химии
Стехиометрия - это особый раздел химии, в котором изучают количественный состав веществ, а также количественные изменения, происходящие с ними при...
-
Теоретические основы процесса Реакторы смешения - это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом. Человечество давно пользуется...
-
Пусть { , , ..., } - множество возможных состояний некоторой физической системы. В любой момент времени система может находиться только в одном...
-
Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим...
-
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье - Основы химии
Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на...
-
Введение - Химическая термодинамика и ее процессы
Предметом физической химии является объяснение химических явлений на основе более общих законов физики. Физическая химия рассматривает две основные...
-
Прототипом разработанной автором системы моделей служит "точечная" модель [1], представляющая собой пространственно осредненный вариант уравнений горения...
-
При взаимодействии атомао м/у ними может возникнуть хим. связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной с-мы - молекулы, кристалла. Чем прочнее...
-
Введение, Гомогенный и гетерогенный катализ - Гомогенный и гетерогенный катализ
Химические реакции протекают с различными скоростями. Некоторые из них полностью заканчиваются за малые доли секунды, другие осуществляются за минуты,...
-
Иоганн Вольфганг Деберейнер - Становление понятия о химическом элементе
Деберейнер изучал химические явления с точки зрения материалистических позиций, исходя из положений атомистической теории. Методологической основой своих...
-
Роберт Боиль - Становление понятия о химическом элементе
Боиль жил в эпоху великих общественных и духовных преобразований. Однако несмотря на сильные религиозные тенденции, Бойль научными работами расчистил...
-
Представления Иоганна Вольфганга Деберейнера - Становление понятий о химическом элементе
Деберейнер изучал химические явления с точки зрения материалистических позиций, исходя из положений атомистической теории. Методологической основой своих...
-
В данном разделе речь идет об особом уровне развития химических знаний, на котором главенствующую роль играет структура молекулы реагента. Свойства...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
В последнее десятилетие в нашей стране очень сильно возросло потребление парфюмерно-косметических товаров. На российском рынке постоянно появляются новые...
-
Опис-ся правиломВант-Гоффа: С увелич-ем темп. на каждые 10 градусов. Скор. больш-ва хим. р-ций увелич-ся в 2-4 раза. Где г-темп. коэф-т скорости хим....
-
Соли-сильные электролиты, существующие в водных растворах в виде положительно запряженных ионов металлов и отрицательно заряженных ионов кислотных...
-
Основные положения стереохимии Стереохимия Стереохимия или структурная химия(от греч. уфесеьт -- твердый, пространственный), -- раздел химии о...
-
Полимеризация - это процесс получения ВМС, при котором молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул мономера...
-
ОВР, протекающие с изменением ст. окисления эл-тов, вхлдящие в состав реакц. ве-в. они сопровожд-ся переход электронов одним за другим. Zn-2e =Zn2+...
-
Методы неорганического синтеза - Синтез ацетата натрия ("Горячий лед")
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, получение неорганических соединений. Как правило, состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов -...
-
Возникновение структурной теории позволило химикам впервые обрести мощный инструмент для целенаправленного качественного преобразования веществ. Именно в...
Предисловие, Основные понятия кинетики, Химическая кинетика - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика