Лекция №4

Теории химической кинетики

Эти теории имеют целью расчет скорости реакции на основе данных о размерах, массе, структуре молекул.

Теория активных столкновений

(авторы: Аррениус, Мак – Льюис, Мелвин – Хьюз. 1910-е годы.)

В этой теории предполагается, что превращения молекул осуществляются при столкновении молекул, причем только активных молекул.

Активными молекулами являются те, которые в момент столкновения обладают достаточно большой энергией, необходимой для преодоления потенциального барьера реакции.

Предполагается также, что превращения молекул происходят мгновенно, а молекулы рассматриваются как бесструктурные частицы.

Рассмотрим бимолекулярную реакцию.

А + В продукты

Введем обозначения G, G– диаметры молекул

G = - средний (или эффективный) диаметр молекул

m, m- масса молекул, кг

m = - приведенная масса

n, n- число молекул в единице объема.

Согласно молекулярно-кинетической теории идеального газа полное число столкновений разных молекул в единице объема, в единицу времени

Z = nnG²∙

Где K - постоянная Больцмана.

Число активных столкновений, рассчитанное на основе распределения Максвелла − Больцмана

Z = Z ∙ e

E- истинная энергия активации.

Скорость реакции пропорциональна числу активных столкновений.

Скорость реакции υ = -

υ =

Мы получили кинетическое уравнение υ = k c· c,

Которое показывает, что скорость реакции прямопропорциональна произведению концентрации исходных веществ.

Константа скорости реакции равна k = k· e

Она зависит от температуры, так, как предсказал Аррениус из термодинамических соображений.

k= N · G

Предэкспоненсиальная k имеет смысл полного количества соударений молекул А и В в единицу времени в единице объема при nи n= 1.

Kсогласно теории активных соударений зависит от температуры, но эта зависимость слабая и ею часто пренебрегают.

Экспериментальные значения констант скоростей обычно отличаются от теоретически рассчитанных, поэтому вводят поправочный множитель P называемый стерическим фактором, тогда:

Обычно Р< 1, т.к. в момент столкновения молекулы должны обладать кроме достаточной энергии, еще и благоприятной ориентацией.

Пример:

- благоприятное положение;

-неблагоприятное положение;

Для цепных процессов Р >1.

Достоинство теории: простота, теория правильно описывает характер зависимости скорости реакции от концентрации и температуры.

Недостаток: теория не рассматривает структуру молекул и не позволяет рассчитывать энергию активации и стерический фактор, их нужно определять экспериментально.

Теория переходного состояния (активного комплекса).

Дата добавления: 2014-01-05