Скорость химической реакции. Кинетическое уравнение. Порядок и молекулярность реакции. Энергия активации. Катализ

Скорость химической реакции измеряется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема системы (для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции).

В случае гомогенного процесса, протекающего при постоянном объеме, скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации какого-либо из реагирующих веществ за единицу времени.

Экспериментально определенная зависимость скорости реакции от концентрации реагентов называется кинетическим уравнением: v =k*[A][B], где k – константа скорости.

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и присутствия катализаторов. В тех случаях, когда для протекания реакции необходимо столкновение двух реагирующих частиц, зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих порядкам реакции ( экспериментально определяемое число: степень, в которую возводится концентрация данного вещества в математическом выражении закона действующих масс ).

Порядки реакции можно считать равными стехиометрическим коэффициентам ТОЛЬКО для элементарных процессов (реакции в одну стадию). Поскольку уравнение химической реакции отражает только начальное и конечное состояние системы, но не отражает ее механизм, то в общем случае порядки реакции НЕ СОВПАДАЮТ с ее стехиометрическими коэффициентами. Скорость реакции в целом определяется скоростьопределяющей стадией (самой медленной стадией механизма реакции). Число частиц, принимающих участие в одном элементарном акте называется молекулярностью. Различают моно-, би- и (редко) тримолекулярные стадии.

Энергия активации (E_a) – некоторая избыточная энергия (по сравнению со средней энергией молекул при данной температуре), которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение было эффективным, т.е. привело бы к образованию нового вещества. С ростом температуры число активных молекул быстро увеличивается, что и приводит к резкому возрастанию скорости реакции. Зависимоcть константы скорости реакции k от энергии активации E_a выражается уравнением Аррениусом. Как из него следует, k тем больше, чем меньше E_a.

Катализ – явление изменения скорости реакции под действием катализаторов. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализа катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газ или раствор). В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы. Катализаторы способны как ускорять реакцию, так и замедлять (тогда их называют ингибиторами).

В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации реакции. В присутствии катализатора реакция проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии энергетически более доступны.

Дата добавления: 2015-04-24