Химическая кинетикаНачнем со скорости протекания химической реакции. Скорость химической реакции определяется как изменение молярной концентрации одного из реагирующих веществ за единицу времени. Скорость химической реакции - величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на -1. Например, для реакции Скорость протекания химической реакции Химическая термодинамика позволяет предсказать принципиальную возможность или невозможность самопроизвольного течения химических реакций, а также рассчитать равновесные концентрации реагирующих веществ. Однако, знание рассмотренных закономерностей еще не достаточно, чтобы предсказать реальную возможность химической реакции, определить скорость реакции и ее механизм, а также управлять процессом. Скорость химической реакции равна изменению количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. В зависимости от типа химической реакции (гомогенной или гетерогенной) меняется характер реакционного пространства. Гомогенная реакция - реакция в одной фазе состояния вещества. Гетерогенная реакция протекает на границе раздела фаз. Отношение количества вещества к объёму называется концентрацией (С). Скорость гомогенной реакции равна изменению концентрации любого из исходных веществ или продуктов реакции во времени. Различают среднюю и мгновенную скорости реакций. (Скорость реакции всегда положительна). Средняя скорость реакции: Например, для реакции: Некоторые реакции, например взрывы, протекают мгновенно, другие идут годами. На скорость реакции влияют многие факторы: концентрация, температура, катализаторы, внешние воздействия. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение молекул. При одной температуре число столкновений растёт с увеличением числа реагирующих частиц в единице объёма, т.е. с возрастанием концентрации реагентов. Скорость необратимой реакции: Константа скорости не зависит от концентрации реагентов, но зависит от их природы и температуры. Из уравнения (7.3) следует, что при Порядок химической реакции Сумма порядков реакции по реагентам называется порядком реакции n: Некоторые реакции имеют дробный порядок (0.5, 1.5). Реакции более высокого порядка чем третий не известны. Итак, порядок простой (одностадийной) реакции равен сумме стехиометрических коэффициентов, а сложной (многостадийной) реакции ниже этой суммы. Скорость реакции первого порядка характеризуется кинетическим уравнением V = kc (7.6) Первый порядок, например, имеют реакции диссоциации или разложения молекул: Уравнение (7.7) можно записать в виде Реакции по уравнению (7.11) можно рассчитать константу скорости реакции, если известен период полураспада. Скорость реакции второго порядка для двух B и D подчиняется кинетическому уравнению: Величина обратная концентрации растёт во времени линейно. Из уравнения (7.14) получим выражение для константы скорости реакции Соответственно числу реагирующих частиц различают мономолекулярные реакции, бимолекулярные реакции и тримолекулярные реакции, отличающиеся кинетическими закономерностями и механизмом. Как правило, молекулярность простой реакции совпадает с порядком реакции, однако бывают и несовпадения. Напр., рекомбинации атомов в газовой фазе протекают через тройные столкновения типа: Суммарный порядок таких реакций - третий (скорость u = = k[М][Сl]2, где k-константа скорости), но молекулярность равна 2, т.к. в хим. взаимодействии участвуют два атома хлора, а частица М лишь принимает на себя энергию, выделившуюся при рекомбинации атомов, не претерпевая при этом хим. превращения. Методы определения порядка реакции Проведение реакции в условиях, когда концентрация одного из реагентов много меньше концентрации другого (других) и скорость реакции зависит от концентрации только этого реагента, используется для определения частных порядков реакции – это т.н. метод избыточных концентраций или метод изолирования Оствальда. Порядок реакции по данному веществу определяется одним из перечисленных ниже методов. Графический метод заключается в построении графика зависимости концентрации реагента от времени в различных координатах. Для различных частных порядков эти зависимости имеют следующий вид:
Подставляя в приведённые в таблице уравнения значения концентрации реагента в разные моменты времени, вычисляют значения константы скорости. Частный порядок реакции по данному веществу равен порядку того кинетического уравнения, для которого величина константы скорости остаётся постоянной во времени.
Данный метод, в отличие от описанных выше, применим и для определения дробных порядков. Таким образом, характер изменения концентрации реагента во времени, период полураспада и единица измерения константы скорости реакции зависят от порядка реакции. Влияние температуры на скорость реакции Правило Вант-Гоффа. Повышение температуры ускоряет большинство химических реакций. Согласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на 10 К скорость многих реакций увеличивается в 2-4 раза Уравнение Аррениуса. Значения Ea для химических реакций лежат в пределах 40-400 кДж/моль. Если при изменении температуры концентрация реагентаостаёся постоянной, то зависимость скорости реакции от температуры описываеться уравнением: Аналогичное уравнение можно вывести и из скоростей реакции: Уравнение Аррениуса позволяет рассчитывать константы скорости (и скорости) реакции при различных температурах. Энергия активации В ходе химической реакции разрушаются одни и возникают другие молекулы и соединения, происходит изменение химических связей, т.е. перераспределение электронной плотности. Если бы старые химические связи в ходе реакции сразу полностью разрушались, то на это потребовалось бы большое количество энергии и реакция протекала крайне медленно. Как показали исследования, в ходе реакции система проходит через переходное однородное состояние через образование, так называемого, активированного комплекса. Например: AB+DC=AD+BC можно представить как: A-B A…B A B + -> . . -> | | D-C C…D D C исх в-во акт.комп. прод. р-ии В активированном комплексе старые связи еще не разрушены, но ослаблены, новые связи наметились, но не образованны. В результате образуется либо новое вещество, либо исходное. Система в переходном состоянии имеет более высокую энергию, чем в исходном и конечном состояниях. Возможность образования активированного комплекса, а соответственно и химического взаимодействия определяется энергией молекул. Как видно из рис 7.4, с увеличением температуры растет и доля молекул способных к активным столкновениям с образованием активированного комплекса, т.е. происходит ускорение реакции. Химическое равновесие При некоторой температуре энтальпийный и энтропийный факторы уравниваются, т.е. Константа химического равновесия. при равновесной химической реакции: Принцип Ле Шетелье: Если на систему, находящуюся в равновесии, оказываеться внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет внешнее воздействие. Например увеличение температуры вызывает смещение равновесия рассматриваемой реакции получения водорода Знание законов химической термодинамики позволяет рассчитывать энергетические эффекты химических реакций и фазовых превращений, предсказывать возможность или невозможность протекания химических процессов, а также находить условия химического, фазового и адсорбционного равновесий, и равновесные концентрации реагирующих веществ. Заключение В заключение еще раз определим понятие химической кинетика, как науки. Химическая кинетика (от греч. кинетикос – движущий) - наука о механизмах химических реакций и закономерностях их протекания во времени. В 19 в. результате развития основ химической термодинамики химики научились рассчитывать состав равновесной смеси для обратимых химических реакций. Кроме того, на основании несложных расчетов можно было, не проводя экспериментов, сделать вывод о принципиальной возможности или невозможности протекания конкретной реакции в данных условиях. Однако «принципиальная возможность» реакции еще не означает, что она пойдет. Например, реакция С + О2 = СО2 с точки зрения термодинамики весьма благоприятна, во всяком случае, при температурах ниже 1000° С (при более высоких температурах происходит уже распад молекул СО2), т.е. углерод и кислород должны (практически со 100%-ным выходом) превратиться в диоксид углерода. Однако опыт показывает, что кусок угля может годами лежать на воздухе, при свободном доступе кислорода, не претерпевая никаких изменений. То же можно сказать и о множестве других известных реакций. Например, смеси водорода с хлором или с кислородом могут сохраняться очень долго без всяких признаков химических реакций, хотя в обоих случаях реакции термодинамически благоприятны. Это означает, что после достижения равновесия в стехиометрической смеси H2 + Cl2 должен остаться только хлороводород, а в смеси 2Н2 + О2 – только вода. Другой пример: газообразный ацетилен вполне стабилен, хотя реакция C2H2 = 2C + H2 не только термодинамически разрешена, но и сопровождается значительным выделением энергии. Действительно, при высоких давлениях, ацетилен взрывается, однако в обычных условиях он вполне стабилен. Термодинамически разрешенные реакции, подобные рассмотренным, могут пойти только в определенных условиях. Например, после поджигания уголь или сера самопроизвольно соединяются с кислородом; водород легко реагирует с хлором при повышении температуры или при действии ультрафиолетового света; смесь водорода с кислородом (гремучий газ) взрывается при поджигании или при внесении катализатора. Почему же для осуществления всех этих реакций необходимы специальные воздействия – нагревание, облучение, действие катализаторов? Химическая термодинамика не дает ответа на этот вопрос – понятие времени в ней отсутствует. В то же время для практических целей очень важно знать, пройдет ли данная реакция за секунду, за год или же за многие тысячелетия. Опыт показывает, что скорость разных реакций может отличаться очень сильно. Практически мгновенно идут многие реакции в водных растворах. Так, при добавлении избытка кислоты к щелочному раствору фенолфталеина малинового цвета раствор мгновенно обесцвечивается, это означает, что реакция нейтрализации, а также реакция превращения окрашенной формы индикатора в бесцветную идут очень быстро. Значительно медленнее идет реакция окисления водного раствора иодида калия кислородом воздуха: желтая окраска продукта реакции – иода появляется лишь через продолжительное время. Медленно протекают процессы коррозии железных и особенно медных сплавов, многие другие процессы. Предсказание скорости химической реакции, а также выяснение зависимости этой скорости от условий проведения реакции – одна из важных задач химической кинетики – науки, изучающей закономерности протекания реакций во времени. Не менее важна и вторая задача, стоящая перед химической кинетикой – изучение механизма химических реакций, то есть детального пути превращения исходных веществ в продукты реакции. |
Педагогика
Социология
Компьютерные сети
Историческая личность
Международные экономические и валютно-кредитные отношения
Экономическая теория, политэкономия, макроэкономика
Музыка
Гражданское право
Криминалистика и криминология
Биология
Бухгалтерский учет
История
Правоохранительные органы
География, Экономическая география
Менеджмент (Теория управления и организации)
Психология, Общение, Человек
Философия
Литература, Лингвистика
Культурология
Политология, Политистория
Химия
Микроэкономика, экономика предприятия, предпринимательство
Право
Конституционное (государственное) право зарубежных стран
Медицина
Финансовое право
Страховое право
Программирование, Базы данных
История государства и права зарубежных стран
История отечественного государства и права
Трудовое право
Технология
Математика
Уголовное право
Транспорт
Радиоэлектроника
Теория государства и права
Экономика и Финансы
Экономико-математическое моделирование
Международное право
Физкультура и Спорт
Компьютеры и периферийные устройства
Техника
Материаловедение
Программное обеспечение
Налоговое право
Маркетинг, товароведение, реклама
Охрана природы, Экология, Природопользование
Банковское дело и кредитование
Биржевое дело
Здоровье
Административное право
Сельское хозяйство
Геодезия, геология
Хозяйственное право
Физика
Международное частное право
История экономических учений
Экскурсии и туризм
Религия
Искусство
Экологическое право
Разное
Уголовное и уголовно-исполнительное право
Астрономия
Военная кафедра
Геодезия
Конституционное (государственное) право России
Таможенное право
Нероссийское законодательство
Ветеринария
Металлургия
Государственное регулирование, Таможня, Налоги
Гражданское процессуальное право
Архитектура
Геология
Уголовный процесс
Теория систем управления
Подобные работы
Вода в промышленности
echo "Сейчас из 18414 рек области шесть рек включены в список наиболее загрязненных объектов РФ – это бассейн рек – Исеть , В. Пышма , Тура, Тавда, Чусовая, Уфа. В промышленности вода используется: ·
Антиоксиданты
echo "Употребление в пищу «правильных» продуктов может значительно варьировать продолжительность жизни человека и общее состояние организма: самочувствие, настроение и многое другое. Целью нашей работ
Бутадиен – 1,3
echo "Оглавление TOC o '1-2' h z u Получение . PAGEREF _Toc104312197 h 3 Физические свойства . PAGEREF _Toc104312198 h 4 Химические свойства . PAGEREF _Toc104312199 h 4 Применение . PAGEREF _Toc104312
Железо
echo "Большинство элементов рассматриваемой подгруппы имеют два электрона в наружном электронном слое атома; все они представляют собой металлы. Кроме наружных электронов, в образовании химических свя
Поверхностно-активные вещества
echo "Анионные ПАВ - органические кислоты и их соли, катионные - основания, обычно амины различной степени замещения, и их соли. Некоторые ПАВ. содержат и кислотные, и основные группы. В зависимости
Химическая кинетика
echo "Начнем со скорости протекания химической реакции. Скорость химической реакции определяется как изменение молярной концентрации одного из реагирующих веществ за единицу времени. Скорость химиче
Аномалии воды
echo "Курумоч 2006 год. Содержание. Введение. Аномалии воды. §1. Состав воды. §2. Строение молекулы. §3. Аномалии. Физические свойства. §4. Химические свойства. §5. Применение воды. Заключение.
Пищеварение
echo "Немногие задумываются, что же происходит во время этого процесса. В данном проекте будут подробно рассмотрены преобразования, происходящие с пищей в процессе пищеварения. Для этого необходимо ре