Левченко з

Фізичної та колоїдної ХІМІЯ

Конспект лекцій для студентів біофаку ПФУ (РГУ)

2 ХІМІЧНА КІНЕТИКА

Закони хімічної термодинаміки дозволяють визначити напрямок і межа протікання можливого за даних умов хімічного процесу, а також його енергетичний ефект. Однак термодинаміка не може відповісти на питання про те, як здійснюється цей процес і з якою швидкістю. Ці питання - механізм і швидкість хімічної реакції - і є предметом хімічної кінетики.

2.1 ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ

Дамо визначення основному поняттю хімічної кінетики - швидкості хімічної реакції:

Швидкість хімічної реакції є число елементарних актів хімічної реакції, що відбуваються в одиницю часу в одиниці об'єму (для гомогенних реакцій) або на одиниці поверхні (для гетерогенних реакцій).

Швидкість хімічної реакції є зміна концентрації реагуючих речовин в одиницю часу.

Перше визначення є найбільш суворим; з нього випливає, що швидкість хімічної реакції можна також висловлювати як зміну в часі будь-якого параметра стану системи, що залежить від числа частинок будь-якого реагує речовини, віднесена до одиниці об'єму або поверхні - електропровідності, оптичної щільності, діелектричної проникності і т.д. і т.п. Однак найбільш часто в хімії розглядається залежність концентрації реагентів від часу. У разі односторонніх (необоротних) хімічних реакцій (тут і далі розглядаються тільки односторонні реакції) очевидно, що концентрації вихідних речовин в часі постійно зменшуються (# 916; СІСХ <0), а концентрации продуктов реакции увеличиваются (ΔСпрод> 0). Швидкість реакції вважається позитивною, тому математично визначення середньої швидкості реакції в інтервалі часу # 916; t записується в такий спосіб:

У різних інтервалах часу середня швидкість хімічної реакції має різні значення; істинна (миттєва) швидкість реакції визначається як похідна від концентрації за часом:

Графічне зображення залежності концентрації реагентів від часу є кінетична крива (рисунок 2.1).

Мал. 2.1 Кінетичні криві для вихідних речовин (А) і продуктів реакції (В).

Істинну швидкість реакції можна визначити графічно, провівши дотичну до кінетичної кривої (рис. 2.2); справжня швидкість реакції в даний момент часу дорівнює по абсолютній величині тангенсу кута нахилу дотичної:

Мал. 2.2 Графічне визначення Vіст.

Необхідно відзначити, що в тому випадку, якщо стехіометричні коефіцієнти в рівнянні хімічної реакції неоднакові, величина швидкості реакції буде залежати від того, зміна концентрації якого реагенту визначалося. Очевидно, що в реакції

концентрації водню, кисню і води змінюються в різному ступені:
# 916; С (Н2) = # 916; С (Н2 О) = 2 # 916; С (О2).

Швидкість хімічної реакції залежить від безлічі факторів: природи реагуючих речовин, їх концентрації, температури, природи розчинника і т.д.