Основные определения и термины. Химические реакции протекают с различными скоростями
Химические реакции протекают с различными скоростями. Например, реакция нейтрализации практически протекает мгновенно, в то время как взаимодействие водорода с кислородом при комнатной температуре и в отсутствие катализатора протекает чрезвычайно медленно. Учение о скоростях химических реакций называют химической кинетикой. Скорость химической реакции определяется изменением концентрации в единицу времени. Вследствие того, что концентрация исходных веществ непрерывно изменяется, скорость реакции выражают производной от концентрации по времени , поэтому единицей скорости реакции является моль/с. Молекулярностью реакции называется число молекул (частиц), участвующих в элементарном акте химической реакции. По этому признаку все реакции делятся: 1) на мономолекулярные (реакции разложения, изомеризации); 2) бимолекулярные (реакции омыления, этерификации и др.); 3) тримолекулярные (каталитическое омыление эфиров и др.). Вероятность одновременного столкновения нескольких молекул определенного вида ничтожно мала; поэтому трехмолекулярные реакции немногочисленны. В общем виде химическую реакцию можно записать следующим образом: аА + bB ® cC + dD. Для такой схемы математическая запись скорости химической реакции выражается соотношением υ= –dCA /dt или υ = –dCB /dt (по исходным убывающим веществам) либо υ = dCC /dt или υ = dCD /dt (по продуктам реакции). Для этой реакции в соответствии с основным постулатом химической кинетики υ= k CAаCB b, (5.1) где CA и CB – концентрации реагирующих веществ, моль/л; Как видно в уравнении (5.1), k =υ, если CA= CB = 1 моль/л. Отсюда следует, что константа скорости численно равна скорости химической реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Численные значения коэффициентов a и b в уравнении реакции определяют порядок реакции по данному веществу, а их сумма – общий порядок реакции. Порядок реакции может принимать любое положительное (включая 0 и дробные числа) значение. Он определяет вид кинетического уравнения, позволяющего рассчитать константу скорости химической реакции для реакций 0 порядка: k = (C0-Ct)/t;(5.2) I порядка: k = (2,3/t)lg(C0/Ct);(5.3) II порядка: k = (1/t)(1/Ct-1/C0);(5.4) III порядка: k = (1/2t)(1/Ct2-1/C02) (5.5) где C0 – начальная концентрация вещества А, моль/л; Ct – текущая концентрация вещества А, моль/л; t – время, прошедшее от начала реакции до момента t, с. Порядок реакции определяют, используя опытные данные изменения концентрации реагирующих веществ со временем. К сложным реакциям относятся обратимые, последовательные, параллельные и некоторые другие реакции. Обратимыми называются такие реакции, в которых наряду с протеканием прямой реакции образования продуктов протекает обратная реакция синтеза исходных веществ: A + B ↔ C + D. Параллельными называются реакции, в которых из исходного вещества разными путями, с разной скоростью и константой скорости образуются два и более продукта: . Последовательными называются реакции, сопровождающиеся образованием и превращением промежуточных веществ: A→B→C. Обратимые реакции характеризуются константой равновесия K, которая определяется из соотношения K = k1/k2., (5.6) где k1 и k2 – константы скоростей прямой и обратной реакций. Константа равновесия может принимать любое положительное значение. Она зависит от ряда факторов (температуры, давления, концентрации реагирующих веществ и др.) и определяется принципом подвижного равновесия Ле Шателье – Брауна. Согласно этому принципу при любом изменении внешнего параметра, определяющего состояние системы, равновесие системы смещается в сторону, ослабляющую влияние воздействия этого параметра. Так, если реакция идет с выделением теплоты, то повышение температуры сместит равновесие в сторону образования исходных веществ, а охлаждение – в сторону образования продуктов реакции. Если реакция идет с увеличением количества вещества газообразных продуктов, то более полному протеканию реакции в прямом направлении будет способствовать понижение давления, а в обратном – повышение. В подавляющем большинстве случаев скорость и константа скорости реакции зависят от температуры. Как правило, при повышении температуры скорость растет. Эта зависимость приближенно выражается эмпирическим правилом Вант-Гоффа, согласно которому скорость большинства химических реакций при увеличении температуры на каждые 10 градусов (в пределах температур до 100 °С) возрастает в два-четыре раза. Математически это записывается следующим образом: kТ+10/kТ = g =2 – 4,(5.7) где kТ и kТ+10 – константы скоростей реакции при температурах Т и Т+10; g – температурный коэффициент скорости реакции . (5.8) Более точно зависимость скорости реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса: ,(5.9) где R – универсальная газовая постоянная, Дж(моль∙К); R = 8,314; Е – энергия активации процесса, Дж/моль. Энергией активации химической реакции называется минимальная энергия, которой должны обладать реагирующие молекулы для преодоления сил взаимного отталкивания при столкновении.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (693)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |