Швидкість хімічних реакцій - студопедія

Мета роботи: вивчення швидкості хімічної реакції і її залежності від різних факторів: природи реагуючих речовин, концентрації, температури.

Хімічні реакції протікають з різною швидкістю. Швидкістю хімічної реакції називають зміною концентрації реагує речовини в одиницю часу. Вона дорівнює числу актів взаємодії в одиницю часу в одиниці об'єму для реакції, що протікають в гомогенної системі (для гомогенних реакцій), або на одиниці поверхні розділу фаз для реакцій, що протікають в гетерогенній системі (для гетерогенних реакцій).

Середня швидкість реакції vср. в інтервалі часу від t1 до t2 визначається відношенням:

де С1 і С2 - молярна концентрація будь-якого учасника реакції в моменти часу t1 і t2 відповідно.

Знак "-" перед дробом ставитися до концентрації вихідних речовин, # 916; С <0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔС> 0.

Основні фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції: природа реагуючих речовин, їх концентрація, тиск (якщо в реакції беруть участь гази), температура, каталізатор, площа поверхні розділу фаз для гетерогенних реакцій.

Більшість хімічних реакцій є складні процеси, що протікають в декілька стадій, тобто що складаються з декількох елементарних процесів. Елементарні або прості реакції - це реакції, що протікають в одну стадію.

Для елементарних реакцій залежність швидкості реакції від концентрації виражається законом дії мас.

При постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівних стехиометрическим коефіцієнтами.

Для реакції в загальному вигляді

а А + b В ... → з С,

cогласно закону дії мас v виражається співвідношенням

v = К # 8729; з (А) а # 8729; з (В) b,

де с (А) і з (В) - молярні концентрації реагуючих речовин А і В;

К - константа швидкості даної реакції, рівна v. якщо з (А) а = 1 і з (В) b = 1, і що залежить від природи реагуючих речовин, температури, каталізатора, площі поверхні розділу фаз для гетерогенних реакцій.

Вираз залежності швидкості реакції від концентрації називають кінетичним рівнянням.

У разі складних реакцій закон дії мас застосуємо до кожної окремої стадії.

Для гетерогенних реакцій в кінетичне рівняння входять тільки концентрації газоподібних і розчинених речовин; так, для горіння вугілля

рівняння швидкості має вигляд

Кілька слів про молекулярної і кінетичному порядку реакції.

Поняття «молекулярної реакції» застосовують лише до простих реакцій. Молекулярність реакції характеризує число частинок, що беруть участь в елементарному взаємодії.

Розрізняють моно-, бі- і тримолекулярного реакції, в яких беруть участь відповідно одна, дві і три частки. Імовірність одночасного зіткнення трьох частинок мала. Елементарний процес взаємодії більш ніж трьох частинок невідомий. Приклади елементарних реакцій:

H2 + I2 → 2HI (молекулярних)

2NO + Cl2 → 2NOCl (тримолекулярного)

Молекулярність простих реакцій збігається із загальним кінетичним порядком реакції. Порядок реакції визначає характер залежності швидкості від концентрації.

Загальний (сумарний) кінетичний порядок реакції - сума показників ступенів при концентраціях реагуючих речовин в рівнянні швидкості реакції, певна експериментально.

З підвищенням температури швидкість більшості хімічних реакцій збільшується. Залежність швидкості реакції від температури наближене визначається правилом Вант-Гоффа.

При підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість більшості реакцій збільшується в 2-4 рази.

де і - швидкість реакції відповідно при температурах t2 і t1 (t2> t1);

# 947; - температурний коефіцієнт швидкості реакції, це число, яке показує, у скільки разів збільшується швидкість хімічної реакції при збільшенні температури на 10 0.

За допомогою правила Вант-Гоффа можливо лише приблизно оцінити вплив температури на швидкість реакції. Більш точний опис залежності швидкості реакції температури можна здійснити в рамках теорії активації Арреніуса.

Одним з методів прискорення хімічної реакції є каталіз, який здійснюється за допомогою речовин (каталізаторів).

Каталізатори - це речовини, які змінюють швидкість хімічної реакції внаслідок багаторазового участі в проміжному хімічній взаємодії з реагентами реакції, але після кожного циклу проміжного взаємодії відновлюють свій хімічний склад.

Механізм дії каталізатора зводиться до зменшення величини енергії активації реакції, тобто зменшення різниці між середньою енергією активних молекул (активного комплексу) і середньою енергією молекул вихідних речовин. Швидкість хімічної реакції при цьому збільшується.