Скорость химических реакций

Факторы, влияющие на скорость гомо- и гетерогенных химических реакций. Катализ.

Энергия активации. Энтропия активации

Скорость химических реакций

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Лекция 6

Тема: КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. КАТАЛИЗ.

Цель: Ознакомить студентов с понятием скорости химических реакций и о влиянии на нее различных параметров.

Выяснив принцип возможного протекания реакции надо определить его скорость, протекает ли реакция в действительности. Надо отметить, что не всегда принципиально возможные процессы осуществляются в действительности.

Например: взаимодействие кобальта, никеля, циркония с кислородом протекает с ΔG <0. Однако металлы и их сплавы применяют как антикоррозионное покрытие. Это явление объясняется тем, что процессы окисления протекают очень медленно. На пути протекания процессов лежат препятствия, которые мешают реализовать термодинамические факторы. Как правило, химическая реакция является многостадийным процессом и его можно представить следующей схемой:

исходное вещество→промежуточный продукт продукт→ реакции

Эти процессы разбиваются на стадии, отдельные могут идти с трудом. Причина связана с повышением энергии Гиббса при образовании продуктов реакции. Изучение механизма реакции и течение их во времени и составляет предмет химической кинетики.

Скорость хим. реакции определяется как число элементарных актов, взаимодействующих в единице времени в единице объема.

Скорость разных реакций удобнее сравнивать, если проследить за изменением концентрации одного из реагентов. Средняя скорость будет определяться изменением концентрации одного из реагентов в единицу времени:

υ(ср) = Δс/Δτ

Для расчетов скорости пользуются мгновенными скоростями. Это изменение концентрации веществ за бесконечно малый промежуток времени:

υ(ср) = +(-)(dс/dτ)

На скорость химической реакции влияют разные факторы: концентрация, давление – для газов.

По мере протекания химической реакции реагенты расходуются, и поэтому скорость изменяется. Для большинства реакций стехиометрические уравнений не могут давать сведения о зависимости скорости от концентрации. Поэтому эту зависимость устанавливают экспериментально. Если вреакции все атомы или молекулы сталкиваются одновременно и участвуют в элементарном акте химического превращения, то скорость химической реакции пропорционально произведению концентраций, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов. Эта закономерность называется законом действующих масс:

υ = k*C_B^nB*C_A^nA

Физический смысл константы скорости – это скорость химической реакции при концентрациях реагирующих веществ равных единице или при произведении концентраций реагирующих веществ равным единице.

Показатель степени реагирующих веществ в кинетических уравнениях называется порядком реакции по данному веществу (это небольшие целые числа -1,2 реже 3, может 0 дробным числом).

Для реакций, протекающих в одну стадию, порядок реакции совпадает со стехиометрическим коэффициентом. Для реакции синтеза идоводорода порядок реакции равен 2.Экспериметально порядок реакции определяется: способом подстановки, графически, времени полупревращения, методом избытка, методом равных концентраций. Основным условием химического взаимодействия молекул является их столкновение (разрушаются старые и образуются новые связи).

Число одновременных молекулярных столкновений называется молекулярностью реакции.

Различают: 1) мономолекулярное, 2) димолекулярное, 3) тримолекулярное (встречается редко, так как мала вероятность столкновения трех молекул одновременно).

Зная молекулярность реакции можно сделать вывод о порядке реакции и о влиянии концентрации на скорость реакции. При химическом взаимодействии реагирующие частицы приближаются на расстояния, при которых становится возможным перераспределение электронной плотности и возникновения новых химических связей. Следовательно, сталкивающиеся частицы должны обладать избытком энергии для преодоления сил отталкивания между электронными оболочками, для преодоления энергетического барьера. Такие реагирующие частицы называются активными, а энергия, необходимая для преодоления энергетического барьера – энергия активации Е_акт.

Дата добавления: 2014-01-05