Химическая кинетика

 

Химическое равновесие

 

Химическая кинетика – раздел химии, который изучает скорость химической реакции и факторы влияющие на неё.

О принципиальной осуществимости процесса судят по значению изменения энергии Гиббса системы. Однако оно ничего не говорит о реальной возможности реакции в данных условиях, не даёт представления о скорости и механизме процесса.

Изучение скоростей реакций позволяет выяснить механизм сложных химических превращений. Это создаёт перспективу для управления химическим процессом, позволяет осуществлять математическое моделирование процессов.

Реакции могут быть:

1.         гомогенными – протекают в одной среде (в газовой фазе); проходят во всём объёме;

2.         гетерогенными – протекают не в одной среде (между веществами, находящимися в разных фазах); проходят на границе раздела.

Под скоростью химической реакции понимают число элементарных актов реакции, проходящих в единицу времени в единице объёма (для гомогенных реакций) и на единицу поверхности (для гетерогенных реакций).

Так как при реакции изменяется концентрация реагирующих веществ, то скорость обычно определяют как изменение концентрации реагентов в единицу времени и выражают в . При этом нет необходимости следить за изменением концентрации всех веществ, входящих в реакцию, поскольку стехиометрический коэффициент в уравнении реакции устанавливает соотношение между концентрациями, т.е. при  скорость накопления аммиака вдвое больше скорости расходования водорода.

, , т.к.  не может быть отрицательной, поэтому ставят «–».

  

Скорость в интервале времени  – истинная мгновенная скорость – 1‑ая производная концентрации по времени.

Скорость химических реакций зависит:

1.  от природы реагирующих веществ;

2.  от концентрации реагентов;

3.  от катализатора;

4.  от температуры;

5.  от степени измельчения твёрдого вещества (гетерогенные реакции);

6.  от среды (растворы);

7.  от формы реактора (цепные реакции);

8.  от освещения (фотохимические реакции).

Основной закон химической кинетики – закон действующих масс: скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в реакции

: ,

где  – постоянная скорости химической реакции

Физический смысл  при .

Если в реакции участвуют не 2‑е частицы, а более , то: ~ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, т.е.: , где

 – показатель порядка реакции в целом (реакции первого, второго, третьего … порядков).

Число частиц, участвующих в этом акте реакции определяет молекулярность реакции:

 мономолекулярная ()

 бимолекулярная ()

 тримолекулярная.

Больше 3‑х не бывает, т.к. столкновение более 3‑х частиц сразу – маловероятно.

Когда реакция идёт в несколько стадий, то общая  реакции =  наиболее медленной стадии (лимитирующей стадии).

Зависимость скорости реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа: при увеличении температуры на , скорость химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза: .

 ,

где  – температурный коэффициент скорости химической реакции .

Не всякое столкновение молекул сопровождается их взаимодействием. ............