Химически кинетика и химически равновесие

2 химична кинетика и химически равновесие

2.1 Кинетика на химични реакции

Химични реакции протичат при различни скорости. Някои от тях завърши напълно за малка част от секундата (експлозия), докато други се извършват в минути, часове, дни или по-дълги интервали. Освен това, същата реакция може в някои случаи (например, при повишена температура), за да се пристъпи бързо и в други (например, охлаждане) - бавно. Когато тази разлика в скоростта на една и съща реакция може да бъде много голям.

При това скоростта на реакцията е необходимо да се прави разлика между хомогенни и хетерогенни реакции. Тъй като тези понятия са тясно свързани с фазата на концепция.

Fazoynazyvaetsya част от системата, отделени от останалите части на интерфейса, през който свойствата променят рязко.

Хомогенната реакцията протича в количество фаза [Пример - взаимодействие на водород и кислород, за да се образува водна пара: Н2 (д) + 2 (г) → Н2 О (г)], и ако реакцията е хетерогенна, тя протича при интерфейса [например въглероден изгаряне: C (т) + 2 (г) → CO2 (г)].

Хомогенна скорост на реакцията е количеството вещество, което реагира или образува по време на реакцията за единица време на фаза единица обем:

където п - количество вещество в мол; V - фаза обем п; τ - времето; С - концентрация, мола / литър.

Хетерогенни скорост на реакцията е количеството вещество, което реагира или образува по време на реакцията за единица време на единица площ от повърхността фази:

където S - площта на фаза интерфейс.

Най-важните фактори, които влияят на скоростта на хомогенни реакции са следните: естеството на реагентите, техните концентрации, температурата, присъствието на катализатори.

Зависимост на скоростта на реакция на концентрацията на реагентите. Реакцията настъпва между молекули, когато те се сблъскват. Следователно, скоростта на реакцията е пропорционална на броя на сблъсъци. молекули, които се подлагат на реагентите. Броят на сблъсък е по-голяма по-висока е концентрацията на всяко от изходните материали. Например, скоростта на реакцията A + B → С е пропорционално на произведението от концентрации на А и В:

където к - коефициент на пропорционалност се нарича постоянна скорост реакция. По смисъла на стойност К е скоростта на реакцията за случая, когато концентрацията на реагентите е равно на 1 мол / л.

Това съотношение представлява закона на маса право действие, това се нарича също закона за действието на масите. При постоянна температура на скоростта на химична реакция е пряко пропорционална на продукта от концентрациите на реагентите.

Много по-малко реакцията се извършва в резултат на едновременното сблъсък на три от реагиращи частици. Например, реакцията на

може да премине по троен сблъсък:

След това, в съответствие със закона за действието на масите концентрацията на всеки от реагентите vesche PTS Rin ОДИТА експресия в отговор на скоростта до степен, равна на коефициента на уравнението на реакция:

Сумата от степените на уравненията на правото маса действие се нарича реда на реакцията. Например, в последния случай реакцията има трети ред (вторият - на вещество А и първата - от вещество Б.

Зависимостта от скоростта на реакцията на температура. Ако използвате резултатите от преброяване на броя на сблъсъци между молекулите, броят на сблъсъци ще бъде толкова голяма, че всички реакции ще трябва да се проведе веднага. Това противоречие може да се обясни с факта, че само молекули, притежаващи определена енергия реагират.

Излишната енергия, която трябва да има молекула на тяхната сблъсък може да доведе до образуването на ново вещество, наречено енергия активиране (вж. Фигура 2.1).

Фигура 2.1 - Енергийна диаграма за реакционен продукт AB образуването на Изходни съединения А и Б. Ако енергията на сблъскването на молекулите А и В е по-голяма от или равна на активиране енергия ЕА. Това преодолява енергийна бариера, и движението се извършва по протежение на координатната г от взаимодействието на изходните материали до продукт. В противен случай има еластичен сблъсък на молекулите А и Б. В горната част на енергия бариера съответства на състоянието на прехода (активиран комплекс), където връзката А-В е частично оформена.

Тъй като температурата се увеличава броя на активните молекули температура е мярка за средната кинетичната енергия на молекулите, така повишаване на температурата се увеличава средната скорост на тяхното движение. Следователно, скоростта на химична реакция трябва да се увеличи с увеличаване на температурата. Увеличаването на скоростта на реакцията чрез загряване обикновено се характеризира с коефициент на температура на скоростта на реакцията (γ) -номер показва колко пъти увеличава скоростта реакция с повишаване на температурата от 10 градуса. Математически, тази връзка се изразява чрез правило Van't Hoff му.

където v1 - скорост на t1; v2 - скорост при температура t2. За повечето реакции коефициент у температурата е в границите от 2 до 4.

Повече строго зависимо скорост на реакцията (по-точно, скоростната константа) спрямо температурата се изразява с уравнението на Арениус.

където А - предварително експоненциален фактор, който зависи само от естеството на реагентите; Ea - енергията на активиране. представлява височината на енергия бариера между изходните материали и реакционните продукти (виж фигура 2.1.); R R = 8,3144 J / (мол. K). Приблизителните изчисления често обвързва R = 8,31 J / (мол. K). - универсалната газова константа; T T - абсолютна температура (в градуси по Келвин). Тя е свързана с температура от уравнение Целзий
Т = т о C + 273,15.
Изчисленията са приблизително съотношение
Т = т о C + 273. - абсолютна температура.

Намалена активиране на енергия, независимо по какви причини, в съответствие с уравнението на Арениус. Това повишава скоростта на реакцията.

Влиянието на катализатори върху скоростта на реакцията.

Katalizator- вещество, което не се консумира в реакцията, но това се отразява на скоростта.

Феноменът на промяна на скоростта на реакцията под действието на такива вещества, наречени катализа. Обикновено, катализаторите са вещества, които увеличават скоростта на реакцията и инхибитори - вещества, които забавят реакцията. В повечето случаи, ефектът на катализатор се обяснява с факта, че тя намалява активиращата енергия на реакцията (фигура 2.2).

A + B → AB - некаталитична реакция

A + B + C → AC + B + C → AB - каталитична реакция (С - катализатор)