Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Темп химических превращений





Мы почти не задумываясь скажем, что натрий с водой реагирует быстро, а розовый раствор перманганата калия разлагается и выделяет бурый осадок оксида марганца(IV) довольно медленно. Масляная краска на скамейке в парке засыхает дня за 2, а индикатор в колбочке для титрования меняет окраску в ту же секунду, как добавлен титрант. Как можно было бы количественно охарактеризовать темп химических превращений? Есть две наиболее распространенные характеристики: период (время) превращения и скорость. Количество исходного вещества убывает во времени, как правило, с замедлением. Весь период полного превращения неопределенно растягивается. Поэтому принято в качестве характеристики использовать период полупревращения t½ – время, за которое количество или концентрация исходного вещества уменьшается в 2 раза (на 50%). Таким способом характеризуют распад радионуклидов, так как период их полупревращения не зависит от исходного количества. Постоянством периода полупревращения (при данной температуре) характеризуются и реакции разложения, и вообще реакции первого порядка.

Более точная характеристика – скорость, или производная концентрации по времени

; единица измерения скорости реакции

моль·л–1·с–1.

Пример: реакция Н2 + I2 = 2HI

Часто вычисляют среднюю скорость v = ± Dc/Dt

 

От чего зависит скорость реакций? Можно сказать, что имеются 3 главных фактора – механический (частота столкновений частиц), физический (температура) и химический (катализ). Эти факторы действуют как в гомогенных, так и в гетерогенных реакциях.

Гомогенные реакции (реагирующие вещества в одной фазе, реакция идет в объеме): концентрация, температура, катализаторы

Гетерогенные реакции (реагирующие вещества в разных фазах, реакция идет на поверхности): концентрация, температура, катализаторы, поверхность соприкосновения, перемешивание, объем системы. Последние 2 фактора выявляются в примерах из жизни: перемешивание сахара в чашке с чаем и нехватка кислорода в тесном помещении.



 

 

3. Зависимость скорости реакции от концентрации.

Реакции идут через столкновения частиц, частота которых зависит от концентраций. Отсюда вытекает зависимость скорости от концентрации. Вместе с тем, реально реакции идут через бимолекулярные столкновения, и лишь в редчайших случаях через тройные столкновения. Поэтому в большинстве реакций превращения исходных веществ в продукты являются многостадийными процессами.

 

С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2О – не в одну же стадию идет эта реакция!

H2 + I2 = 2HI – простая бимолекулярная

2NO + Cl2 = 2NOCl – простая тримолекулярная (и то под вопросом)

H2O2 + 2HI = 2H2O + I2 – сложная (доказано)

N2O4 = 2NO2 – мономолекулярная

 

Стадия реакции – совокупность одинаковых элементарных превращений (элементарных актов).

Механизм реакции – совокупность последовательных стадий.

Простая реакция – реакция, проходящая в одну стадию.

Сложная реакция – реакция протекающая не менее чем в две последовательные стадии.

Молекулярность реакции – число частиц в единичном столкновении. Почти всегда два.

Закон действующих масс: Скорость простой химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях n.

Имеется аналогия с ЗДМ в равновесии, но надо обратить внимание на различия.

В выражении ЗДМ для равновесия показатели степени всегда равны стехиометрическим коэффициентам.

Константа равновесия может быть рассчитана по термодинамическим данным о веществах. Константа скорости определяется только экспериментально.

В мономолекулярной реакции A ® продукты

v = k×c(A)

В бимолекулярной реакции A + В ® продукты

v = k×c(A)×c(В)

В бимолекулярной реакции 2A ® продукты

v = k×c2(A)

В тримолекулярной реакции 2A + В ® продукты

v = k×c2(A)×c(В)

Это все возможные варианты кинетических уравнений простых реакций. В этих реакциях k – константа скорости, не зависящая от концентраций, но зависящая от температуры. Каждая реакция характеризуется своей константой скорости. От ее величины в основном и зависит скорость, так как реальный диапазон изменения концентраций не столь велик, как диапазон изменения констант скорости у разных реакций.

В сложных реакциях сочетание элементарных бимолекулярных стадий дает в результате непредсказуемые зависимости скорости от концентраций. На основе данных эксперимента их можно представить в виде

v = k×cа(A)×cв(В) …,

где показатели степени могут совпадать, но могут и не совпадать со стехиометрическими коэффициентами.

Показатели степени в кинетическом уравнении называют порядком реакции по соответствующему веществу (частным порядком). Порядок может быть дробным, и даже нулевым. Сумма показателей степени носит название «порядок кинетического уравнения».

Скорость реакции

H2O2 + 2HI = 2H2O + I2

определяется кинетическим уравнением второго порядка

v = k×c(H2O2c(HI).

Показатель степени при концентрации иодоводорода не совпадает со стехиометрическим коэффициентом 2. Это означает, что реакция идет по сложному механизму не менее чем в 2 стадии.

1) H2O2 + HI = H2O + HIO, медленная стадия;

2) HIO + HI = H2O + I2, быстрая стадия.

Скорость образования конечного продукта I2 определяется первой медленной стадией, отчего и кинетическое уравнение реакции совпадает с кинетическим уравнением1-й стадии.

При изучении кинетики реакций определяется концентрация вещества в последовательные моменты времени – кинетическая кривая. Из этих данных выводятся кинетические уравнения. Рассмотрим взаимосвязь между порядком реакции и характером изменения концентрации во времени. Для этого кинетические уравнения интегрируются.

Первый порядок: А → продукт

v = k×c(A) или ;

разделяем переменные: .

Интегрирование этого дифференциального уравнения дает

с = соexp(–kt) или в логарифмической форме

Отсюда можно вывести формулу для периода полупревращения реакции 1-го порядка:



Из формулы очевидно, что период полупревращения реакции 1-го порядка не зависит от концентрации. За каждый период полупревращения реагирует половина наличного количества вещества.

Пример. Какая доля вещества останется через 3 периода полупревращения, если реакция идет по первому порядку?

Решение. За один период превращается 50% вещества, за второй еще 25%, за третий – еще 12,5%. Остаток составит 100% – 50% – 25% – 12,5% = 12,5%.

Можно вычислить результат по уравнению, приняв t = 3t½.

; ; ; х = 12.5%

Результаты математических выводов для реакций 1-го и 2-го порядка и важных в ферментативном катализе реакций нулевого порядка представим в таблице:

 

Поря- док v = Единица измерения k c = t1/2 = Линейная функция времени
1-й kc с–1 соexp(–kt) lnc
2-й kc2 л×моль–1×с–1
0-й k моль×л–1×с–1 со - kt c

 

Установив по данным эксперимента, какая зависимость имеет линейный характер, можно сделать вывод о порядке реакции.

 





Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 386; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.006 сек.